Rangkaian listrik merupakan susunan alat yang dihubungkan dengan sumber listrik sehingga menghasilkan arus listrik. Alat yang untuk menyusun rangkaian listrik disebut komponen listrik. Contoh komponen listrik ini adalah saklar dan lampu. Saklar berfungsi untuk menghubungkan dan memutus arus listrik.Rangkaian seri adalah rangkaian listrik yang disusun dalam satu rangkaian yang sejajar/berderet. Pengertian lain Rangkaian seri terdiri dari dua atau lebih beban listrik yang dihubungkan ke catu daya (sumber listrik) lewat satu rangkaian.

Kelebihan susunan rangkaian seri ini adalah  dapat menghemat biaya. Ini karena rangkaian ini menggunakan lebih sedikit kabel.

Meski begitu, rangkaian ini bukan tanpa kekurangan. Rangkaian seri memiliki kelemahan, yakni apabila salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tidak akan berfungsi sebagaimana mestinya.

Misal tiga buah bola lampu dirangkai seri, maka input dari lampu satu akan datang dari output lampu yang lain. Jika salah satu lampu dicabut atau rusak, maka lampu yang lain akan ikut  padam.

Sifat rangkaian seri

• Arus yang mengalir pada masing beban adalah sama.
• Tegangan sumber akan dibagi dengan jumlah tahanan seri jika besar tahanan sama.
• Jika salah satu beban atau bagian dari rangkaian tidak terhubung atau putus, aliran arus

Contoh rangkaian seri

1. Lampu tumblr pohon Natal model lama (yang baru pakai rangkaian elektronik & lampu LED) merupakan rangkaian seri beberapa lampu (12V di-seri 20 pcs) sehingga dapat menerima tegangan sesuai dengan jala-jala (220V).
2. Lampu TL (tube Lamp) atau orang bilang lampu neon/pijar, di model lama yang masih memakai ballast, di dalam box nya memakai rangkaian seri antara jala-jala dengan ballastnya.
3. Di dalam setrika listrik ada rangkaian seri dengan bimetal (temperatur kontrol), demikian
4. juga kulkas.
5. Saklar merupakan penerapan rangkaian seri dengan beban.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rangkaian seri RLC pada arus bolak-balik terdiri dari resistor (R), induktor (L) dan kapasitor (C) yang dihubungkan dengan sumber tegangan AC dan disusun secara seri. Hambatan yang dihasilkan oleh resistor disebut resistansi, hambatan yang dihasilkan oleh induktor disebut reaktansi induktif (X_L), dan hambatan yang dihasilkan oleh kapasitor disebut reaktansi kapasitif (X_C). Ketiga besar hambatan tersebut ketika digabungkan dalam disebut impedansi (Z) atau hambatan total.

Rangkaian seri RLC

Ketiga hambatan tersebut (R, XL dan XC) mengalir arus (i) yang sama sehingga diagram fasor arus diletakkan pada t=0. Tegangan pada resistor (V_R) berada pada fasa yang sama dengan arus, tegangan (V_L) pada reaktansi induktif (X_L) mendahului arus sejauh 90º, dan tegangan (V_C) pada reaktansi kapasitif (X_C) tertinggal oleh arus sejauh 90º.

Diagram fasor untuk I, V_R, V_L, dan V_C

Diagram fasor dapat digunakan untuk mencari besar tegangan jepit seperti di bawah ini:

V_R = I_max R sin ωt = V_max sin ωt

V_L = I_max X_L sin (ωt + 90) = V_max sin (ωt + 90)

V_C = I_max X_C sin (ωt – 90) = V_max sin (ωt – 90)

 

Besar arus adalah sama, sehingga besar tegangan pada masing-masing komponen R, L dan C adalah: V_R = I R , V_L = I X_L , dan V_C = I X_C.

 

Rangkaian seri RLC memiliki beberapa kemungkinan:

1. Nilai XL < XC : rangkaian bersifat kapasitor, tegangan tertinggal terhadap arus dengan beda sudut fase θ sebesar
2. Nilai XL > XC : rangkaian bersifat induktor, tegangan mendahului arus dengan beda sudut fase θ sebesar
3. Nilai XL = XC : besar impedansi rangkaian sama dengan nilai hambatannya (Z=R), pada rangkaian akan terjadi resonansi deret/seri, frekuensi resonansi sebesar

Agar lebih jelas lagi, kerjakan contoh soal di bawah ini!

1. Tentukanlah besar tegangan maksimum yang dibutuhkan agar dihasilkan kuat arus maksimum sebesar 4 A!

Diketahui:

R = 60 Ω

X_L = 120 Ω

X_C = 40 Ω

I_max = 4 A

Ditanya: V_max ?

Jawab:

 

V_max = I_max Z = 4 (100) = 400 Volt

Jadi besar tegangan maksimum yang dibutuhkan adalah 400 Volt

2. Sebuah resistor 300 Ω, inductor 2 H, dan kapasitor 20 µF dirangkai secara seri serta dihubungkan dengan sumber tegangan 200 Volt, 100 rad/s. Tentukanlah:
3. Reaktansi induktif, reaktansi kapasitif, dan sifat rangkaian
4. Impedansi

Diketahui:

R = 300 Ω

L = 2 H

C = 20 µF= 20 x 10^-6 F

ω = 100 rad/s

Ditanya: X_L, X_C, Z dan sifat rangkaian ?

Jawab:

a.

Karena X_L < X_C rangkaian bersifat kapasitif

b.

 

Dalam kehidupan sehari-hari, gerak atau bergerak merupakan aktivitas rutin yang tidak pernah lepas dari kehidupan mahluk hidup di berbagai bidang. Namun, apakah sebenarnya definisi dari gerak tersebut ? Secara umum, gerak merupakan perubahan posisi suatu benda relatif terhadap titik acuannya. Mudahnya, bergerak adalah perubahan posisi. Terdapat beberapa istilah dasar yang perlu dipahami dalam mendeskripsikan fenomena gerak benda atau materi yakni : posisi, jarak, perpindahan, kecepatan dan percepatan.

1. Posisi

Posisi dapat dikatakan sebagai letak suatu benda relatif terhadap titik acuan. Sehingga, dalam menyebutkan atau menuliskan posisi suatu benda maka kita memerlukan suatu titik referensi atau acuan yang sifatnya dapat berlaku umum bagi setiap pengamat. Sebagai contoh : Ivan berdiri sejauh 2 meter dari Budi. Berdasarkan kalimat ini, maka semua orang dapat mengetahui posisi dari Ivan yakni 2 meter dari Budi yang dijadikan sebagai kerangka acuan bersama.

1. Jarak

Jarak dapat didefinisikan sebagai panjang lintasan yang ditempuh oleh benda atau materi yang bergerak dari titik awal ke titik akhir. Hal ini dapat dimengerti dengan mudah apabila kita ingin ke lokasi tertentu dengan menggunakan bantuan aplikasi peta digital. Dalam aplikasi tersebut akan diberikan informasi terkait seberapa panjang lintasan dari titik awal ke titik akhir.

Gambar di atas merupakan denah sederhana dari  sebuah kota.  Misalkan Ivan berada di titik A dan Budi berada pada titik C. Maka dapat kita lihat bahwa jarak Ivan ke titik D adalah panjang lintasan dari titik A ke titik D yakni 27 km. Sedangkan jarak Budi ke titik D yakni sejauh 7 km.

1. Perpindahan

Berbeda dengan jarak, untuk perpindahan dapat didefinisikan sebagai panjang lintasan terpendek yang ditempuh dari titik awal ke titik akhir. Adapun cara untuk mengetahui lintasan terpendek ini adalah dengan cara menarik garis lurus dari titik awal ke titik akhir. Perlu diketahui bahwa perpindahan merupakan besaran vektor, sehingga selain memiliki nilai dia juga memiliki arah.

berdasarkan gambar di atas terlihat bahwa perpindahan Ivan yang berada di titik A setelah bergerak menuju titik D merupakan jarak terdekat dari titik A ke titik D yakni berupa garis lurus AD. Sehingga, dengan menggunakan teorema Phythagoras sederahan dapat diketahui bahwa perpindahan yang dilakukan oleh Ivan adalah 9.43 km.

1. Kecepatan

Benda yang bergerak akan mengalami perubahan posisi tiap waktunya. Kuantitas inilah yang disebut sebagai kecepatan. Apabila dituliskan ke dalam persamaan matematis, maka nilai kecepatan dari suatu benda dapat dituliskan ke dalam bentuk v=r/tmisalkan dua mobil bergerak dalam suatu lintasan lurus sejauh 10km. Mobil pertama menempuh jarak tersebut serelah bergerak selama 25 menit sedangkan mobil kedua selama 10 menit. Berdasarkan persamaan di atas, terlihat bahwa kecepatan berbanding terbalik dengan waktu yang artinya untuk kasus perpindahan yang sama maka untuk waktu tempuh yang singkat akan menghasilkan kecepatan yang tinggi. Sehingga mobil kedua dikatakan lebih cepat dibandingkan dengan mobil pertama.

 

1. Kecepatan Sesaat

 

Pembahasan kecepatan pada poin D di atas merupakan nilai kecepatan rata-rata yang dirasakan oleh benda tersebut untuk tiap detiknya. Lebih lanjut, untuk menentukan nilai kecepatan benda pada waktu spesifik tertentu disebut sebagai kecepatan sesaat. Misalkan untuk waktu yang sangat kecil, persamaan kecepatan di atas akan menjadi V turunan dari r terhadap t

yang merupakan turunan pertama persamaan posisi terhadap waktu. Sebagai contoh, suatu benda bergerak dalam suatu lintasan lurus dengan persamaan :

kecepatan benda setelah bergerak selama 1.25 detik, untuk contoh soal seperti ini hanya tinggal dimasukkan ke persamaan yang ada pada soal.

 

1. Percepatan

 

Perubahan kecepatan tiap waktunya merupakan definisi dari percepatan yang secara matematis dapat dituliskan ke dalam bentuk :

 

a = v/t

 

untuk percepatan benda pada waktu tertentu, dapat ditemukan dengan menggunakan persamaan :

 

     a turunan dari v terhadap t

 

a=dr/dt

PENGERTIAN ARUS DC DAN AC

 Direct Current atau DC dapat disebut juga arus listrik searah. Mulanya aliran arus DC dikatakan mengalir dari kutub positif ke negatif. Namun, setelah banyak penelitian yang dilakukan para ahli arus listrik DC mengalir dari kutub negatif ke positif.

Aliran-aliran tersebut akan menyebabkan adanya lubang dengan muatan positif yang terlihat menuju ke kutub negatif. Kebanyakan arus listrik DC digunakan untuk keperluan beban elektronika.

Karena PLN hanya memproduksi arus listrik AC, jadi peralatan elektronik yang menggunakan arus DC harus memakai adaptor untuk merubahnya.

Pada akhir abad ke-19 fisikawan kelahiran Amerika Serikat bernama Thomas Alva Edison berhasil menemukan arus listrik Direct Current atau searah. Selain itu, Thomas Alva Edison merupakan seorang yang aktif mempatenkan penemuannya sebanyak 1.093.

Arus listrik DC yang diciptakan Edison mempunyai prinsip dengan menggunakan tegangan rendah. Namun, arus DC memiliki kelemahan yaitu banyaknya aliran listrik yang terbuang dalam pendistribusiannya.

Penemuan Edison ini mempunyai keunggulan dari segi keamanannya, jika terkena sengatan arus listrik DC maka tidak terjadi reaksi apapun. Meskipun mempunyai keunggulan, penemuan Edison ini gagal memenangkan tender perusahaan dari Niagara Falls tersebut.

Keunggulan Listrik DC

Arus listrik DC atau searah mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan jenis AC. Berikut ini adalah keunggulan dari arus listrik DC (Direct Current) :

• Arus listrik DC dapat disimpan lebih lama. Contohnya pada sebuah Aki, arus listrik DC didalamnya dapat digunakan kapan saja dan bisa bertahan lama.
• Arus listrik DC mudah untuk dipindahkan. Contohnya seperti pada baterai, arus DC dapat dikemas atau dipindahkan alirannya pada kemasan tersebut.
• Arus listrik DC lebih aman jika tersengat, karena menggunakan tegangan yang rendah.

Cara Merubah Arus DC menjadi AC

Bagi kita yang ingin merubah arus DC menjadi AC, maka dapat menggunakan Inverter skema gelombang sinus. Inverter dengan jenis tersebut mampu merubah arus listrik DC menjadi AC  secara identik dengan yang didistribusikan oleh PLN.

Untuk dapat dapat merubahnya, kita harus memperhatikan kapasitas inverter yang akan digunakan. Selain itu, Kita juga harus mengetahui berapa watt perangkat elektronik yang menggunakan arus DC tersebut.

Contoh pemanfaatan listrik DC

Arus listrik DC banyak digunakan pada perangkat elektronik untuk keperluan beban elektronika. Contoh pemanfaataanya terlihat pada peralatan seperti komputer, laptop, televisi, Lampu LED dan sebagainya.

Arus listrik DC juga dapat dikemas dalam bentuk Aki atau dapat disebut elemen basah. Aki tersebut dapat digunakan pada kendaraan motor dan mobil yang membutuhkan daya listrik besar, namun tegangannya kecil.

Selain itu, arus listrik DC juga bisa disimpan kedalam baterai yang dapat berfungsi untuk menghidupkan peralatan elektronik seperti jam. Selain itu, generator komersil pertama didunia menggunakan arus listrik DC.

Alternating Current atau AC dapat disebut juga arus listrik bolak-balik. Arus ini biasanya dihasilkan oleh generator yang dapat menghasilkan listrik, namun besar dan arahnya selalu berubah setiap waktu.

Arus bolak-balik ini akan membentuk sebuah gelombang dengan frekuensi tertentu yang berbentuk sinus. Sehingga banyak juga yang menyebutkan arus listrik AC berbentuk gelombang sinus.

Kini, di indonesia listrik PLN menggunakan arus bertipe AC dengan frekuensi 50Hz. Sedangkan perangkat elektronik yang menggunakan arus DC (Direct Current) harus memakai power supp

Pada akhir abad ke-19 fisikawan kelahiran kroasia yang bernama Nikola Tesla berhasil menemukan arus listrik Alternating Current atau bolak-balik. Saat itu, Tesla bekerja diperusahaan Westinghouse yang merupakan pesaing dari Edison penemu listrik DC.

Ide tesla mengenai arus listrik AC pun diterima dan dipamerkan pada Expo Fair pada tahun 1893 di Chicago. Selain itu, Nikola tesla mampu membuktikan bahwa sistem arus listrik AC lebih hebat dari DC.

Karena arus listrik AC dapat dirancang dengan biaya lebih hemat dibandingkan tipe DC, dimana hanya memerlukan satu generator saja. oleh sebab itu, transmisi arus listrik AC hanya membutuhkan kabel yang kecil saja.

Keunggulan Arus AC

Arus listrik AC atau bolak-balik mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan jenis DC. Berikut ini adalah keunggulan dari arus listrik AC (Alternating Current) :

• Dapat menyalurkan listrik menuju tempat yang sangat jauh. Seperti halnya PLN yang dapat mendistribusikan arus listrik AC ke setiap daerah di Indonesia.
• Biaya operasionalnya lebih kecil dibandingan arus listrik DC.
• Voltasenya dapat ditingkatkan menggunakan trafo
• Arus listrik AC mudah diproduksi, hanya dengan satu generator saja.
• Aliran arus listrik AC lebih hemat karena tidak banyak terbuang seperti halnya jenis DC.

Cara Merubah Arus AC menjadi DC

 

• Bagi kita yang ingin merubah arus AC mejadi DC, maka dapat menggunakan Dioda Penyearah atau biasa disebut Rectifier. Tanpa menggunakan rectifier, maka arus listrik yang keluar dari trafo harus diturunkan voltasenya hingga 1 volt dan bersifat tetap.
• Namun ada yang menyebutkan, bahwa perubahan arus AC dan DC bukan didapatkan dari jumlah besar kecilnya voltase yang dihasilkan. Jadi, alangkah baiknya agar menggunakan rectifier untuk dapat merubah arus listrik tersebut.

Contoh pemanfaatan listrik AC

• Contoh pemanfaatan arus bertipe AC berkaitan erat dengan listrik yang dihasilkan PLN. Karena pada dasarnya PLN memproduksi arus listrik AC yang menjadi sumber daya pada perangkat elektronik saat ini.
• Perangkat elektronik yang menggunakan arus AC seperti mesin cuci, lampu, kompor listrik, pompa listrik, pendingin ruangan dan sebagainya. Namun, ada sebagian barang yang menggunakan arus listrik DC tapi dengan mengkonsumsi arus AC didalamnya.
• Untuk mengubah arus AC tersebut biasanya dibutuhkan sebuah adaptor. Contohnya seperti laptop, perangkat elektronik ini menggunakan arus listrik DC. Untuk menggunakannya, kita harus mengisi dayanya menggunakan charger laptop berupa adaptor.
• Tapi karena PLN hanya memproduksi arus listrik AC maka pada saat kita menchargernya listrik tersebut akan diubah menjadi DC.

 

 Pemahaman tentang konsep besaran 

Besaran adalah segala sesuatu yang bisa diukur, dihitung, memiliki nilai, dapat dinyatakan dengan angka, dan memiliki satuan.

Contohnya massa, panjang, waktu, kuat arus, volume, dan sebagainya.

Sementara itu, satuan adalah skala atau acuan pembanding pada suatu pengukuran dan melekat pada nilai besaran.

Contohnya meter, sekon, kg, cm, ampere, volt, dan sebagainya.

Saat kamu membaca “lampu 10 watt”, kira-kira apa besaran dan satuannya?

• Besaran = daya listrik
• Satuan = watt
• Nilai besaran = 5

Macam-Macam Besaran

Secara umum, besaran dibagi menjadi dua, yaitu sebagai berikut.

 

 

1. Besaran pokok

Besaran asli yang tidak diturunkan dari besaran lain. Terdapat tujuh besaran pokok beserta satuannya yang harus tahu, yaitu sebagai berikut.

No	Besaran Pokok	Satuan
1.	Massa	Kg
2.	Panjang	Meter
3.	Waktu	Sekon
4.	Kuat arus listrik	Ampere
5.	Intensitas cahaya	Candela
6.	Jumlah mol	Mol
7.	Suhu	K

Adapun pembahasan untuk masing-masing besaran adalah sebagai berikut.

1. Massa

Mungkin kamu sudah tidak asing lagi dengan massa. Besaran ini menunjukkan banyak sedikitnya materi penyusun benda.

Semakin banyak materinya, semakin besar massanya.

Massa biasanya diukur menggunakan timbangan dan neraca dengan satuan kg maupun gram.

1. Panjang

Panjang biasanya diukur menggunakan mistar/penggaris atau meteran untuk benda-benda yang ukurannya panjang.

Namun, untuk benda-benda yang berukuran kecil alat ukurnya menggunakan jangka sorong atau mikrometer sekrup.

Adapun satuan panjang adalah meter, km, cm, mm, dan sebagainya.

1. Waktu

Alat ukur waktu adalah stopwatch, jam dinding, jam tangan, dan sebagainya.

Waktu biasanya dinyatakan dalam sekon, menit, jam, atau hari.

1. Kuat arus listrik

Secara fisika, kuat arus listrik disimbolkan I dan dinyatakan dalam Ampere. Alat untuk mengukurnya adalah amperemeter.

 

 

 

1. Intensitas cahaya

Intensitas cahaya menunjukkan daya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya dan biasanya dinyatakan dalam Candela.

Oleh karena itu, alat pengukur intensitas cahaya disebut candlemeter.

1. Jumlah mol

Jumlah mol menunjukkan banyaknya massa yang terkandung dalam tiap massa atom atau molekul relatif.

Jumlah mol biasanya dinyatakan dalam mol.

1. Suhu

Suhu merupakan ukuran panas dinginnya suatu benda. Terdapat empat satuan suhu yaitu Celcius, Reamur, Fahrenhait, dan Kelvin.

Namun, secara internasional satuannya adalah K atau Kelvin. Alat ukurnya dinamakan termometer. Perbandingan antara Celcius : Reamur : Fahrenhait = 5 : 4 : 9.

2. Besaran turunan

Besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Contohnya kecepatan, gaya, usaha, tegangan, dan sebagainya.

Mengapa kecepatan dikatakan besaran turunan? Coba ingat-ingat, satuan kecepatan itu apa? Jawabannya m/s.

Nah, m atau meter itu satuan dari panjang dan s itu satuan waktu. Itulah mengapa, kecepatan diturunkan dari besaran pokok panjang dan waktu.

Hubungan Transformator Segitiga – Bintang (Δ-Y), atau Delta-Wye, merupakan hubungan pada transformator 3 phasa dimana belitan disisi primer adalah Segitiga (Delta-Δ) dan pada sisi sekunder adalah Bintang (Wye-Y), seperti gambar dibawah ini.

Pada transformator 3 phasa  yang terhubung Delta-Wye (Δ-Y), perhitungannya adalah sbb :
–   Ratio Tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder :

 

–   Nilai Tegangan pada sisi Primer dan Sekunder adalah :

–   Hubungan Ratio Tegangan dengan  Nilai Tegangan pada Transformator 3 phasa Delta-Wye (Δ-Y) :

Berdasarkan gambar diagram phasor terlihat pada transformator hubungan Delta-Wye (Δ-Y) ini tegangan sisi sekunder mengalami pergeseran 30^o mendahului (lead) terhadap tegangan disisi primer.

Karaketeristik transformator hubungan Delta-Wye (Δ-Y) sama dengan  transformator hubungan Wye-Delta (Y-Δ).

Dengan memperhatikan ketahanan insulation, transformator hubungan Delta-Wye (Δ-Y) bisa digunakan baik sebagai transformator step-up (penaik tegangan), namun secara umum banyak digunakan pada apilikasi step-down (penurun tegangan).

Dengan adanya titik netral pada sisi sekunder, transformator hubungan Wye-Delta (Y-Δ) banyak digunakan sebagai transformator distribusi, karena bisa menyuplai beban tiga phasa maupun satu phasa. Sedangankan hubungan  delta di sisi primer dapat meminimalkan beban tidak seimbang yang sering dihadapi pada setiap transformator distribusi.

1. Pengertian Induktansi

 

Induktansi merupakan sifat sebuah rangkaian listrik atau komponen yang menyebabkan timbulnya ggl di dalam rangkaian sebagai akibat perubahan arus yang melewati rangkaian (self inductance) atau akibat perubahan arus yang melewati rangkaian tetangga yang dihubungkan secara magnetis (induktansi bersama atau mutual inductance). Pada kedua keadaan tersebut, perubahan arus berarti ada perubahan medan magnetik, yang kemudian menghasilkan ggl. Apabila sebuah kumparan dialiri arus, di dalam kumparan tersebut akan timbul medan magnetik. Selanjutnya, apabila arus yang mengalir besarnya berubahubah terhadap waktu akan menghasilkan fluks magnetik yang berubah terhadap waktu. Perubahan fluks magnetik ini dapat menginduksi rangkaian itu sendiri, sehingga di dalamnya timbul ggl induksi. Ggl induksi yang diakibatkan oleh perubahan fluks magnetik sendiri dinamakan ggl induksi diri.

 

2. Induktansi Diri (Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi Pada Kumparan

 

Apabila arus berubah melewati suatu kumparan atau solenoida, terjadi perubahan fluks magnetik di dalam kumparan yang akan menginduksi ggl pada arah yang berlawanan.

Gambar 1. Macam-macam Kumparan

Ggl terinduksi ini berlawanan arah dengan perubahan fluks. Jika arus yang melalui kumparan meningkat, kenaikan fluks magnet akan menginduksi ggl dengan arah arus yang berlawanan dan cenderung untuk memperlambat kenaikan arus tersebut. Dapat disimpulkan bahwa ggl induksi ε sebanding dengan laju perubahan arus yang dirumuskan :

dengan I merupakan arus sesaat, dan tanda negatif menunjukkan bahwa ggl yang dihasilkan berlawanan dengan perubahan arus. Konstanta kesebandingan L disebut induktansi diri atau induktansi kumparan, yang memiliki satuan henry (H), yang didefinisikan sebagai satuan untuk menyatakan besarnya induktansi suatu rangkaian tertutup yang menghasilkan ggl satu volt bila arus listrik di dalam rangkaian berubah secara seragam dengan laju satu ampere per detik.

 

Contoh Soal 1 :

 

Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri 2,5 H. Kumparan tersebut dialiri arus searah yang besarnya 50 mA. Berapakah besar ggl induksi diri kumparan apabila dalam selang waktu 0,4 sekon kuat arus menjadi nol?

 

Penyelesaian:

 

Diketahui:

 

L = 2,5 H Δt = 0,4 s

I₁ = 50 mA = 5 × 10^-2 A
I₂ = 0

 

Ditanya: ε = … ?

 

Pembahasan :

3. Induktansi Diri pada Solenoida dan Toroida

 

Solenoida merupakan kumparan kawat yang terlilit pada suatu pembentuk silinder. Pada kumparan ini panjang pembentuk melebihi garis tengahnya. Bila arus dilewatkan melalui kumparan, suatu medan magnetik akan dihasilkan di dalam kumparan sejajar dengan sumbu.

Gambar 2. Solenoida

Sementara itu, toroida adalah solenoida yang dilengkungkan sehingga sumbunya menjadi berbentuk lingkaran. Induktor adalah sebuah kumparan yang memiliki induktansi diri L yang signifikan.

Gambar 3. Toroida

Induktansi diri L sebuah solenoida dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 4 pada induksi elektromagnetik. Medan magnet di dalam solenoida adalah:

 

B = μ .n.I

 

dengan n = N/l, dari persamaan 3. pada induksi elektromagnetik dan (1) akan diperoleh:

Jadi,

karena Φ_B = B.A = μ₀.N.I.A / l, Perubahan I akan menimbulkan perubahan fluks sebesar :

Sehingga:

dengan:

 

L = induktansi diri solenoida atau toroida ( H)

μ₀ = permeabilitas udara (4 π × 10^-7 Wb/Am)

N = jumlah lilitan

l = panjang solenoida atau toroida (m)

A = luas penampang (m²)

 

4. Energi yang Tersimpan pada Induktor

 

Energi yang tersimpan dalam induktor (kumparan) tersimpan dalam bentuk medan magnetik. Energi U yang tersimpan di dalam sebuah induktansi L yang dilewati arus I, adalah:

 

U = ½  LI² …………………………………………………… (5)

 

Energi pada induktor tersebut tersimpan dalam medan magnetiknya. Berdasarkan persamaan (4), bahwa besar induktansi solenoida setara dengan B = μ₀.N².A/l, dan medan magnet di dalam solenoida berhubungan dengan kuat arus I dengan B = μ₀.N.I/l, Jadi,

 

I = B. l / μ₀.N

 

Maka, dari persamaan (5) akan diperoleh:

Apabila energi pada persamaan (6) tersimpan dalam suatu volume yang dibatasi oleh lilitan Al, maka besar energi per satuan volume atau yang disebut kerapatan energi, adalah:

Contoh Soal 2 :

 

Sebuah induktor terbuat dari kumparan kawat dengan 50 lilitan. Panjang kumparan 5 cm dengan luas penampang 1 cm². Hitunglah:

 

1. induktansi induktor,
2. energi yang tersimpan dalam induktor bila kuat arus yang mengalir 2 A!

 

Penyelesaian:

 

Diketahui:

 

N = 50 lilitan

l = 5 cm = 5 × 10^-2 m

A = 1 cm² = 10^-4 m²

 

Ditanya:

 

1. L = … ?
2. U jika I = 2 A … ?

 

Pembahasan :

 

5. Induktansi Bersama

 

Apabila dua kumparan saling berdekatan, seperti pada Gambar 4, maka sebuah arus tetap I di dalam sebuah kumparan akan menghasilkan sebuah fluks magnetik Φ yang mengitari kumparan lainnya, dan menginduksi ggl pada kumparan tersebut.

Gambar 4. Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus pada kumparan yang lain.

Menurut Hukum Faraday, besar ggl ε₂ yang diinduksi ke kumparan tersebut berbanding lurus dengan laju perubahan fluks yang melewatinya. Karena fluks berbanding lurus dengan kumparan 1, maka ε₂ harus sebanding dengan laju perubahan arus pada kumparan 1, dapat dinyatakan:

Dengan M adalah konstanta pembanding yang disebut induktansi bersama. Nilai M tergantung pada ukuran kumparan, jumlah lilitan, dan jarak pisahnya.

 

Induktansi bersama mempunyai satuan henry (H), untuk mengenang fisikawan asal AS, Joseph Henry (1797 – 1878). Pada situasi yang berbeda, jika perubahan arus kumparan 2 menginduksi ggl pada kumparan 1, maka konstanta pembanding akan bernilai sama, yaitu:

Induktansi bersama diterapkan dalam transformator, dengan memaksimalkan hubungan antara kumparan primer dan sekunder sehingga hampir seluruh garis fluks melewati kedua kumparan tersebut. Contoh lainnya diterapkan pada beberapa jenis pemacu jantung, untuk menjaga kestabilan aliran darah pada jantung pasien.

Prinsip Kerja Telepon

Gambar 5. Telepon

Ketika pengguna telepon berbicara, getaran suara akan mengubah kepadatan karbon di belakang membran. Arus listrik yang terus-menerus berubah-ubah berjalan sepanjang bentangan kawat telepon menuju pengeras suara pada pesawat telepon lawan bicara. Pengeras suara mengubah sinyal listrik menjadi suara, di dalamnya terdapat magnet permanen dan elektromagnet. Elektromagnet juga berubah-ubah seirama dengan perubahan arus listrik. Interaksi antara magnet dengan permanen dengan medan magnet elektromagnetik, menghasilkan getaran membran pada pengeras suara. Getaran membran ini yang akan menghasilkan suara yang sama dengan suara pengirim.

1. Pengertian Induktansi

 

Induktansi merupakan sifat sebuah rangkaian listrik atau komponen yang menyebabkan timbulnya ggl di dalam rangkaian sebagai akibat perubahan arus yang melewati rangkaian (self inductance) atau akibat perubahan arus yang melewati rangkaian tetangga yang dihubungkan secara magnetis (induktansi bersama atau mutual inductance). Pada kedua keadaan tersebut, perubahan arus berarti ada perubahan medan magnetik, yang kemudian menghasilkan ggl. Apabila sebuah kumparan dialiri arus, di dalam kumparan tersebut akan timbul medan magnetik. Selanjutnya, apabila arus yang mengalir besarnya berubahubah terhadap waktu akan menghasilkan fluks magnetik yang berubah terhadap waktu. Perubahan fluks magnetik ini dapat menginduksi rangkaian itu sendiri, sehingga di dalamnya timbul ggl induksi. Ggl induksi yang diakibatkan oleh perubahan fluks magnetik sendiri dinamakan ggl induksi diri.

 

2. Induktansi Diri (Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi Pada Kumparan

 

Apabila arus berubah melewati suatu kumparan atau solenoida, terjadi perubahan fluks magnetik di dalam kumparan yang akan menginduksi ggl pada arah yang berlawanan.

Gambar 1. Macam-macam Kumparan

Ggl terinduksi ini berlawanan arah dengan perubahan fluks. Jika arus yang melalui kumparan meningkat, kenaikan fluks magnet akan menginduksi ggl dengan arah arus yang berlawanan dan cenderung untuk memperlambat kenaikan arus tersebut. Dapat disimpulkan bahwa ggl induksi ε sebanding dengan laju perubahan arus yang dirumuskan :

dengan I merupakan arus sesaat, dan tanda negatif menunjukkan bahwa ggl yang dihasilkan berlawanan dengan perubahan arus. Konstanta kesebandingan L disebut induktansi diri atau induktansi kumparan, yang memiliki satuan henry (H), yang didefinisikan sebagai satuan untuk menyatakan besarnya induktansi suatu rangkaian tertutup yang menghasilkan ggl satu volt bila arus listrik di dalam rangkaian berubah secara seragam dengan laju satu ampere per detik.

 

Contoh Soal 1 :

 

Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri 2,5 H. Kumparan tersebut dialiri arus searah yang besarnya 50 mA. Berapakah besar ggl induksi diri kumparan apabila dalam selang waktu 0,4 sekon kuat arus menjadi nol?

 

Penyelesaian:

 

Diketahui:

 

L = 2,5 H Δt = 0,4 s

I₁ = 50 mA = 5 × 10^-2 A
I₂ = 0

 

Ditanya: ε = … ?

 

Pembahasan :

3. Induktansi Diri pada Solenoida dan Toroida

 

Solenoida merupakan kumparan kawat yang terlilit pada suatu pembentuk silinder. Pada kumparan ini panjang pembentuk melebihi garis tengahnya. Bila arus dilewatkan melalui kumparan, suatu medan magnetik akan dihasilkan di dalam kumparan sejajar dengan sumbu.

Gambar 2. Solenoida

Sementara itu, toroida adalah solenoida yang dilengkungkan sehingga sumbunya menjadi berbentuk lingkaran. Induktor adalah sebuah kumparan yang memiliki induktansi diri L yang signifikan.

Gambar 3. Toroida

Induktansi diri L sebuah solenoida dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 4 pada induksi elektromagnetik. Medan magnet di dalam solenoida adalah:

 

B = μ .n.I

 

dengan n = N/l, dari persamaan 3. pada induksi elektromagnetik dan (1) akan diperoleh:

Jadi,

karena Φ_B = B.A = μ₀.N.I.A / l, Perubahan I akan menimbulkan perubahan fluks sebesar :

Sehingga:

dengan:

 

L = induktansi diri solenoida atau toroida ( H)

μ₀ = permeabilitas udara (4 π × 10^-7 Wb/Am)

N = jumlah lilitan

l = panjang solenoida atau toroida (m)

A = luas penampang (m²)

 

4. Energi yang Tersimpan pada Induktor

 

Energi yang tersimpan dalam induktor (kumparan) tersimpan dalam bentuk medan magnetik. Energi U yang tersimpan di dalam sebuah induktansi L yang dilewati arus I, adalah:

 

U = ½  LI² …………………………………………………… (5)

 

Energi pada induktor tersebut tersimpan dalam medan magnetiknya. Berdasarkan persamaan (4), bahwa besar induktansi solenoida setara dengan B = μ₀.N².A/l, dan medan magnet di dalam solenoida berhubungan dengan kuat arus I dengan B = μ₀.N.I/l, Jadi,

 

I = B. l / μ₀.N

 

Maka, dari persamaan (5) akan diperoleh:

Apabila energi pada persamaan (6) tersimpan dalam suatu volume yang dibatasi oleh lilitan Al, maka besar energi per satuan volume atau yang disebut kerapatan energi, adalah:

Contoh Soal 2 :

 

Sebuah induktor terbuat dari kumparan kawat dengan 50 lilitan. Panjang kumparan 5 cm dengan luas penampang 1 cm². Hitunglah:

 

1. induktansi induktor,
2. energi yang tersimpan dalam induktor bila kuat arus yang mengalir 2 A!

 

Penyelesaian:

 

Diketahui:

 

N = 50 lilitan

l = 5 cm = 5 × 10^-2 m

A = 1 cm² = 10^-4 m²

 

Ditanya:

 

1. L = … ?
2. U jika I = 2 A … ?

 

Pembahasan :

 

5. Induktansi Bersama

 

Apabila dua kumparan saling berdekatan, seperti pada Gambar 4, maka sebuah arus tetap I di dalam sebuah kumparan akan menghasilkan sebuah fluks magnetik Φ yang mengitari kumparan lainnya, dan menginduksi ggl pada kumparan tersebut.

Gambar 4. Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus pada kumparan yang lain.

Menurut Hukum Faraday, besar ggl ε₂ yang diinduksi ke kumparan tersebut berbanding lurus dengan laju perubahan fluks yang melewatinya. Karena fluks berbanding lurus dengan kumparan 1, maka ε₂ harus sebanding dengan laju perubahan arus pada kumparan 1, dapat dinyatakan:

Dengan M adalah konstanta pembanding yang disebut induktansi bersama. Nilai M tergantung pada ukuran kumparan, jumlah lilitan, dan jarak pisahnya.

 

Induktansi bersama mempunyai satuan henry (H), untuk mengenang fisikawan asal AS, Joseph Henry (1797 – 1878). Pada situasi yang berbeda, jika perubahan arus kumparan 2 menginduksi ggl pada kumparan 1, maka konstanta pembanding akan bernilai sama, yaitu:

Induktansi bersama diterapkan dalam transformator, dengan memaksimalkan hubungan antara kumparan primer dan sekunder sehingga hampir seluruh garis fluks melewati kedua kumparan tersebut. Contoh lainnya diterapkan pada beberapa jenis pemacu jantung, untuk menjaga kestabilan aliran darah pada jantung pasien.

Prinsip Kerja Telepon

Gambar 5. Telepon

Ketika pengguna telepon berbicara, getaran suara akan mengubah kepadatan karbon di belakang membran. Arus listrik yang terus-menerus berubah-ubah berjalan sepanjang bentangan kawat telepon menuju pengeras suara pada pesawat telepon lawan bicara. Pengeras suara mengubah sinyal listrik menjadi suara, di dalamnya terdapat magnet permanen dan elektromagnet. Elektromagnet juga berubah-ubah seirama dengan perubahan arus listrik. Interaksi antara magnet dengan permanen dengan medan magnet elektromagnetik, menghasilkan getaran membran pada pengeras suara. Getaran membran ini yang akan menghasilkan suara yang sama dengan suara pengirim.

KERAPATAN FLUKS LISTRIK DAN HUKUM GAUSS

 

Hukum Gauss adalah hukum yang dikemukakan oleh seorang ahli matematika dan fisika asal Jerman, Carl Friedrich Gauss.

Pada hakikatnya, hukum ini berhubungan dengan distribusi muatan listrik yang kemudian menghasilkan medan listrik.

Simpelnya nih, menurut hukum ini, ada garis muatan listrik pada benda yang membentuk medan listrik dengan bentuk tertentu. Umumnya, Hukum Gauss ini digunakan untuk menghitung kekuatan medan listrik pada objek simetris.

 

Bisa dilihat di situ, Gauss menggunakan istilah “fluks listrik”, apa itu? Fluks listrik di sini dapat didefinisikan sebagai banyaknya garis medan listrik yang menembus permukaan luas. Tanda panah kuning yang bisa dilihat di ilustrasi tersebut, merupakan fluks listrik. Fluks listrik ini dipengaruhi oleh besar medan listrik.

Nah, fluks listrik ini bisa digunakan buat mengukur kekuatan medan listrik pada luas tertentu yang disebut permukaan Gauss. Permukaan tiga dimensi tersebut biasa disebut sebagai permukaan Gauss. Gampangnya, permukaan inilah tempat fluks listrik dihitung.

 

Contoh Soal

1. Jika terdapat persegi dengan panjang sisi 20 cm, lalu bila sebuah medan listrik homogen sebesar 200 N/C ditembakkan ke arahnya dengan arah yang tegak lurus bidang persegi tersebut, berapa jumlah garis medan listrik yang menembus bidang persegi tersebut (fluks listrik)?

Jawab :

Diketahui:

Luas Persegi = 20 x 20 = 400 cm² = 4 x 10^-2 m²
Ditanya : Jumlah Garis yang menembus bidang adalah ….
Φ = E. A
Φ = 200. 4 x 10^-2 m
Φ = 8 weber

2. Medan listrik sebesar 5000 N/C melewati permukaan persegi dan membentuk sudut 60^o terhadap garis normal. Luas permukaan persegi adalah 2 m². Tentukan fluks listrik yang melalui permukaan persegi!

Pembahasan:

 

Diketahui :

Medan listrik (E) = 5000 N/C

Luas permukaan (A) = 2 m²

θ = 60^o

Ditanya :

Fluks listrik (Φ)

Jawab :

Fluks listrik :

Φ = E A cos θ

= (5000)(2)(cos 60)

= (5000)(2)(0,5)

= 5000 = 5 x 10³ Nm²/C

 

3. Sebuah bola berjari-jari 0,5 meter dan di pusat bola terdapat muatan listrik 10 μC. Tentukan fluks   listrik yang melalui bola!
   Pembahasan

 

 

Diketahui :

Jari-jari bola (r) = 0,5 meter

Muatan listrik (Q) = 10 μC = 10 x 10^-6 C

Ditanya : Fluks listrik (Φ)

Jawab :

Medan listrik :

E = k q/r²

E = (9 x 10⁹ Nm²/C²)(10 x 10^-6 C) / 0,5²

E = (90 x 10³) / 0,25

E = 360 x 10³

E = 3,60 x 10⁵ N/C

Luas permukaan bola :

A = 4 π r² = 4 (3,14)(0,5)² = (12,56)(0,25) = 3,14 m²

Fluks listrik : 

Garis medan listrik tegak lurus dengan permukaan dan berhimpit dengan garis normal sehingga sudut yang terbentuk 0^o.

Φ = E A cos θ

Φ = (3,60 x 10⁵)(3,14)(cos 0)

Φ = (11,304 x 10⁵)(1)

Φ = 11,304 x 10⁵

Φ = 1,13 x 10⁶ Nm²/C

 

 

Gerak harmonis sederhana adalah Gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama disebut gerak periodik. Karena gerak ini terjadi secara teratur maka disebut juga sebagai gerak harmonik/harmonis. Gerak partikel secara periodik pada lintasan yang sama disebut gerak osilasi/getaran.

Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu

• Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier, misalnya penghisap dalam silinder gas, gerak osilasiair raksa / air dalam pipa U, gerak horizontal / vertikal dari pegas, dan sebagainya.
• Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Angular, misalnya gerak bandul/ bandul fisis, osilasi ayunan torsi, dan sebagainya.

Gerak harmonik sederhana dan karakteristiknya

Resultan gaya pada gerak harmonik sederhana memiliki arah yang selalu menuju ke arah titik kesetimbangan, yang disebut dengan gaya pemulih. Besaran gaya pemulih sendiri berbanding lurus dengan posisi benda terhadap titik kesetimbangan.

Beberapa karakteristik gerak harmonik sederhana diantaranya adalah dinyatakan dengan grafik posisi partikel sebagai fungsi waktu berupa sinus atau kosinus.

Gerak harmonik sederhana juga dapat ditinjau dari persamaan simpangan, persamaan kecepatan, persamaan percepatan, dan persamaan energy gerak yang dimaksud.

Simpangan

Simpangan getaran harmonik sederhana dapat dianggap sebagai proyeksi partikel yang bergerak melingkar beraturan pada diameter lingkaran.

Rumus simpangan pada gerak harmonik sederhana yaitu:

Keterangan:

y = simpangan getaran (m)

ω = kecepatan sudut (rad/s)

T = periode (s)

f = frekuensi (Hz)

t = waktu tempuh (s)

A = amplitudo/simpangan maksimum (m)y = simpangan getaran (m)

 

Kecepatan

 

Pada gerak harmonik sederhana, kecepatan diperoleh dari turunan pertama persamaan simpangan, dengan persamaan sebagai berikut:

Percepatan

Percepatan benda yang bergerak harmonik sederhana dapat diperoleh dari turunan pertama persamaan kecepatan atau turunan kedua persamaan simpangan. Persamaan percepatan dapat diperoleh sebagai berikut,

 

Simpangan maksimum memiliki nilai yang sama dengan amplitudo (y = A), sehingga percepatan maksimumnya adalah am= – Aw

Energi

Persamaan energi pada gerak harmonik sederhana meliputi energi kinetik, energi potensial, dan energi mekanik, kemudian energi kinetik benda dapat dirumuskan sebagai berikut.

• Sementara untuk energi potensial benda dapat dirumuskan sebagai berikut.
• Sementara, energi mekanik adalah penjumlahan dari energi kinetik dan energi potensial.

 

Keterangan:

k = nilai ketetapan (N/m)

ω = kecepatan sudut (rad/s)

A = amplitudo (m)

t = waktu tempuh (s)

Perlu diingat bahwa jumlah energi potensial dan energi kinetik benda yang bergerak harmonik sederhana selalu bernilai tetap.

1. Sebuah bandul melakukan gerak harmonik sederhana dangan simpangan y = 0,2 sin 0,25πt . dimana y dan A berturut – turut adalah simpangandan amplitude dalam satuan cm dan t adalah waktu dalam satuan s, maka frekuensi dan periode berturut turut adalah…
   A. 1/8 Hz dan 8 s
   B. ½ Hz dan 2 s
   C. ¼ Hz dan 4 s
   D. 4 Hz dan ¼ s
   E. 2 Hz dan ½ s
   Jawab;
   Pembahasan;
   Diketahui:
   A = 0,2 cm
   ω = 0,25
   y = 0,2 sin 0,25πt
   penyelesaian :
   rumus kecepatan sudut, frekuensi dan periode
   ω = 0,25π
   2πf = 0,25 π
   f = 0,125 Hz
   rumus periode
   T = 1/f
   T = 1/0,125
   T = 8 detik
2. Sebuah partikel melakukan gerak harmonik sederhana dangan simpangan y = 0,2 sin 0,25πt . dimana y dan A berturut – turut adalah simpangandan amplitude dalam satuan cm dan t adalah waktu dalam satuan s, maka besar fase getaan partikel tersebut terhadap titik setimbangnya saat t = 2 detik adalah…
   A. ¼ B. ½
   C. 1
   D. 2
   E . π
   Jawab:
   Pembahasan dan penyelesaian:
   Rumus simpangan:
   y = A sin 2πft
   atau
   y = A sin 2πφ
   saat t = 2 detik
   y = 0,2 sin 0,25π.2
   y = 0,2 Sin 0,5π
   mencari fase getaran:

2πφ = 0,5 π

φ = 0,25

3. Sebuah pegas bergetar secara harmonik dangan simpangan y = ½√3 A , dimana A adalah Amplitudo maka besar fase getaran partikel tersebut terhadap titik setimbangnya adalah…
   A. ¼
   B. ½
   C. 1/6
   D. 1
   E . π
   Jawab: C
   Pembahasan dan penyelesaian:
   Diketahui:
   y = ½√3 A
   penyelesaian:
   y = A Sin2πφ

½√3 A = A Sin2πφ

½√3 = Sin2πφ

2πφ = 60o

2πφ = 1/3 π radian

φ = 1/6

4. sebuah pegas bergetar dengan frekuensi 10 Hz dan amplitude 5 cm. kecepatan getar pegas saat simpangannya 4 cm sebesar… cm/s
   A. 20π
   B. 30π
   C. 60π
   D. 80π
   E. 100π
   Jawab: C
   Pembahasan:
   Diketahui:
   f = 10 Hz
   A = 5 cm
   y = 4 cm
   penyelesaian:
   r² = A² – y²
   r² = 52 – 42
   r² = 9
   r = 3
   v = ω . r
   v = 2πf . r
   v = 2π.10 . 3
   v = 60π cm/s

 

5. 
   Bandul dengan massa 2 kg bergetar harmonis dengan persamaan simpangan y = 0,1 sin 37t diman y dan t dalam satuan SI. Simpangan saat t = 1 detik adalah…
   A . 2 cm
   B. 3 cm
   C. 6 cm
   D. 8 cm
   E. 10 cm
   jawab: C
   pembahasan;
   y = 0,1 sin 37.1
   y = 0,1 . 0,6 = 0,06 m
   y = 6 cm
6. Pegas bergetar harmonis dengan persamaan simpangan y = 0,1 sin 45t dimana y dan t dalam satuan SI. Kecepatan pegas saat t = 2 detik sebesar…
   A. 3 m/s
   B. 3,33 m/s
   C. 1 m/s
   D. 0 m/s
   C. 6,66 m/s
   jawab; D
   pembahasan:
   v = ω.A.cosωt
   kecepatan saat t = 2 detik
   v = 45.0,1.cos (45.2)
   v = 4,5 . cos 90
   v = 0 m/s
7. Bandul dengan massa 0,4 kg bergetar harmonis dengan persamaan simpangan y = 0,2 sin 30t dimana y dan t dalam satuan SI. Energi kinetik bandul saat t = 2 detik sebesar…
   A. 1,8
8. 2
9. 3. 10^-3
10. 4. 10^-3
11. 5. 10^-3

jawab: A

pembahasan:
v = ω.A.cosωt
kecepatan saat t = 2 detik
v = 30.0,2.cos (30.2)
v = 6 . cos 60
v = 6 . ½
v = 3 m/s
Ek = ½ . m . v²
Ek = ½ . 0,4 . 9
Ek = 0,2 . 9
Ek = 1,8 joule

8. sebuah bandul memiliki massa 800 gram bergetar secara harmonis dengan persamaan simpangan y = 0,2 sin 20t dimana y dan t dalam satuan SI. Energi total bandul adalah…
9. 2 J
10. 3,2 J
11. 4,2 J
12. 5,5 J
13. 6,4 J

jawab: E
pembahasan:
Etotal = ½ .k . A²
Etotal = ½ . ω².m . A²
Etotal = ½ . 20² . 0,8 . 0,2
2 Etotal = ½ . 400 . 0,8 . 0,04
E = 6,4 joule

9. Perbandingan periode bandul dengan panjang tali 20 cm dan 5 cm adalah…
10. 1 ; 1
11. 1 : 2
12. 2 : 1
13. 1 : 3
14. 4 : 1
    Jawab: B
    Pembahasan;
    T1 : T2 = √L1 : √L2
    T1 : T2 = √20 : √5
    T1 : T2 = √4 : √1
    T1 : T2 = 2 : 1

10 . pebandingan frkuensi getaran pegas dengan konstanta pegas 160 N/m dan 250N/m adalah sebesar…
A.  16: 25
B. 4 : 5
C. 25 : 16
D. 5 : 4
E. 8 : 5
jawab: B 

1. Pemahaman tentang kalor

Berdasarkan pengertian yang ditulis dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia, kalor adalah tenaga panas yang dapat diterima dan diteruskan oleh satu benda ke benda lain secara hantaran (konduksi), penyinaran (radiasi), atau aliran (konveksi). Kalor juga disebut sebagai energi panas yang berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Dalam satuan internasional, kalor dinyatakan dengan Joule (J), satuan lainnya dikenal dengan kalori (kal) yang biasa digunakan di bidang gizi. Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1 derajat selsius (oC). Satu kalori = 4,184 J atau sering dibulatkan menjadi 4,2 J. Kalor didefinisikan juga sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda umumnya dilakukan dengan mengukur suhu benda tersebut. Air panas jika dibiarkan lama-kelamaan akan dingin, sebab kalor yang ada di dalamnya dilepaskan ke lingkungan sekitar air. Yang mempengaruhi kenaikan atau penurunan suhu benda adalah jumlah kalor, massa benda dan jenis benda.

Secara alami, kalor dengan sendirinya berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor cenderung menyamakan suhu benda yang saling bersentuhan. Pada abad ke-18, para fisikawan menduga bahwa aliran kalor merupakan gerakan suatu fluida, suatu jenis fluida yang tidak kelihatan (fluida adalah zat yang dapat mengalir. Fluida meliputi zat cair dan zat gas. Air (zat cair) termasuk fluida karena dapat mengalir.

Udara juga termasuk fluida karena dapat mengalir. Fluida tersebut dinamakan caloric. Teori mengenai caloric tidak digunakan lagi karena berdasarkan hasil percobaan, keberadaan caloric ini tidak bisa dibuktikan. Jika suhu suatu benda tinggi, maka kalor yang dikandung oleh benda tersebut sangat besar. Begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.Besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor: massa zat, jenis zat (kalor jenis), perubahan suhu. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan:

Q = m.c.(t2 – t1)

Keterangan:

Q adalah kalor yang dibutuhkan (J). m adalah massa benda (kg). c adalah kalor jenis (J/kgC). (t2-t1) adalah perubahan suhu (C). Kalor dapat menaikkan atau menurunkan suhu. Semakin besar kenaikan suhu, kalor yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin sedikit. Artinya, hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kenaikan suhu (∆ T), jika massa (m) dan kalor jenis zat (c) tetap.

 

 

 

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal 1

Air Sebanyak 2 kg bersuhu 40 ^oC akan dipanaskan hingga suhu 70 ^oC. Jika diketahui kalor jenis air 4.186 j/kg^oC, Berapakah kalor yang diserap oleh air tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:
m = 2 kg
c = 4.186 j/kg^oC
∆T = (70 – 40)^oC = 30^oC

Ditanyakan:
Q = ?

Jawab:
Q = mc∆T
Q = 2 x 4.186 j/kg^oC x 30^oC
Q = 251.160 J

Soal 2

Air Sebanyak 300 gram bersuhu 24 ^oC akan dipanaskan dengan energi sebanyak 1500 kalori. Jika diketahui kalor jenis air 1kal/g^oC, Berapakah suhu air tersebut setelah dipanaskan?

Penyelesaian:

Diketahui:
m = 300 gram
T₀ = 24 ^oC
c_air = 1 kal/g^oC
Q = 1.500 kal

Ditanyakan:
T = ?

Jawab:

Perubahan temperatur artinya, selisih antara temperatur semula dengan temperatur setelah pemanasan, sehingga bisa dihitung dengan;

∆T = T – T₀

5^oC = T – 24^oC

T = 29^oC

Jadi suhu akhir setelah pemanasan air tersebut yaitu 29^oC

Soal 3

Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebuah logam perak yang massanya 8 kg dari 20^oC hingga suhu 120 ^oC. Jika diketahui kalor jenis perak 230 J/kg^oC?.

Penyelesaian:

Diketahui:
m = 8 kg
T₁ = 20^oC
T₂ = 120 ^oC
c = 230 J/kg^oC

Ditanyakan:
Q = ?

Jawab:
Q = mc∆T
Q = mc(T₂ – T₁)
Q = 8 x 230 x 100 ^oC
Q = 184.000 j = 184 KJ

Jadi, Kalor yang di butuhkan untuk menaikkan suhu logam tersebut yaitu sebanyak 184 KJ

Soal 4

Sebanyak 450 gram air dipanaskan dari suhu 45 ^oC menjadi 65 ^oC. Jika diketahui kalor jenis air 1kal/g^oC atau 4.200 J/Kg K, tentukanlah;

a). Banyaknya kalor yang diterima air dalam kalori

b). Banyaknya kalor terima air dalam Joule

Penyelesaian:

Diketahui:
m = 450 g = 0,45 Kg
∆T = (65 – 45)^oC = 20^oC
c = 1kal/g^oC = 4.200 J/Kg K

Ditanyakan:
Q = dalam Kalor dan Joule?

Jawab:

9. a) Menentukan jumlah kalor terima dalam kalori;
   Q = mc∆T
   Q = 450 gram x 1kal/g^oC x 20^oC
   Q = 9.000 Kalori

Jadi banyaknya kalori yang diterima air tersebut yaitu sebesar 9.000 kalori.

4. b) Menentukan jumlah kalor terima dalam joule;
   Q = mc∆T
   Q = 0,4 Kg x 4.200 J/Kg K x 20^oK
   Q = 9.000 Kalori
   Q = 37.800 Joule

Catatan: Perubahan suhu dari celcius ke kelvin adalah sama, sehingga tidak perlu melakukan konversi satuan terlebih dahulu.
Dan untuk menyetarakan antara kalori dan joule bisa dilakukan dengan;

1 kalori = 4,2 joule sehingga,
Q = 9.000 x 4,2 joule = 37.800 Joule
Jadi banyaknya kalori yang diterima air tersebut yaitu sebesar 37.800 Joule

Soal 5

Kalor yang diperlukan oleh 2 kg zat untuk menaikkan suhunya dari 25^oC sampai 60^oC adalah 27,3 KJ. Berapakah kalor jenis zat tersebut?

Penyelesaian:perlukan oleh

Diketahui:
m = 2 kg
∆T = 60^oC – 25^oC = 35^oC
Q = 27,3 KJ = 27.300 J

Ditanyakan:
c = ?

Jawab:

Jadi, kalor jenis zat tersebut adalah sebesar 390 J/Kg^oC

Soal 6

Air Sebanyak 500 g bersuhu 35 ^oC, apabila air tersebut diberi kalor sebanyak 100 KKal. Berapakah suhu air tersebut sekarang?

Penyelesaian:

Diketahui:
m = 500 g = 0,5 Kg
T₀ = 35 ^oC
c_air = 4.200 J/Kg^oC
Q = 100 Kkal = 4,2 × 10⁵ J

Ditanyakan:
T = ?

Jawab:

∆T = 200^oC – 35^oC = 165^oC

Jadi, suhu air tersebut sekarang adalah 165^oC

Soal 7

Sebuah logam seberat 2 Kg ber suhu 40 ^oC. untuk menaikkan suhunya agar menjadi 90 ^oC, dibutuhkan kalor sebesar 5 x 10⁴ kal. berapakah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu logam tersebut menjadi 140^oC ?.

Penyelesaian:

Diketahui:
m = 4 kg = 2000 g
∆T₁ = 90 ^oC – 40^oC = 50^oC ➜ Q₁ = 5 × 10⁴ kal
∆T₁ = 140 ^oC – 40^oC = 100^oC ➜ Q₂ = ?

Ditanyakan:
Q₂ = ?

Jawab:
Kalor jenis benda bisa ditentukan dari keadaan pertama, yakni;

Q₁ = mc∆T₁
5 × 10⁴ = 2.000 x c x 50
5 × 10⁴ = 100.000 c
c = 5 × 10⁴ / 10⁵
c = 5 x 10^-1
c = 0,5 kal/g^oC

Jadi, kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu ∆T₂ yaitu sebanyak;

Q₂ = mc∆T₂
Q₂ = 2.000 x 0,5 x 100
Q₂ = 100.000
Q₂ = 10⁵ Kal

Konsep Perbandingan

Kalor untuk menaikkan suhu adalah sebanding dengan kenaikan suhunya ;

Q ~ ∆T

Sehingga diperoleh;

Soal 8

Berapakah kalori yang diperlukan untuk memanaskan 4 liter air dari 45^oC menjadi 75^oC, jika massa jenis air 1 gram/cm³, dan kalor jenis air nya 1 kal/g^oC?

Penyelesaian:

Diketahui:
V = 4 liter = 4 x 10³ cm³
∆T = 95^oC – 45^oC = 25^oC
ρ = 1 gram/cm³
c = 1 kal/g^oC

Ditanyakan:
Q = ?

Jawab:
m = ρ x V = 1 x 4 x 10³ = 4 x 10³ gram
Q = mc∆T
Q = (4 x 10³)(1 kal/g^oC)(25^oC)
Q = 10⁵ Kalori

Soal 9

Berapakah kapasitas kalor dari 8 kg suatu zat yang memiliki kalor jenis 4 kal/g^oC?

Penyelesaian:

Diketahui:
m = 8 kg = 8.000 g
c = 4 kal/g^oC

Ditanyakan:
C = ?

Jawab:
C = m x c
C = 8.000 g x 4 kal/g^oC
C = 32.000 kal/^oC

Soal 10

Air yang awalnya bersuhu 15^oC dipanaskan sampai suhunya menjadi 40^oC. jika kapasitas kalor air tersebut sebesar 12.558 J/^oC, berapakah kalor yang diserap oleh air tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:
∆T = 40^oC – 15^oC = 25^oC
C = 12.558 J/^oC

Ditanyakan:
Q = ?

Jawab:
Pada persamaan pertama kita memperoleh;

Q = C x ∆T
Q = 12.558 J/^oC x 25^oC
Q = 313.950 joule.

1. Temperature

Suhu memiliki empat buah satuan yaitu kelvin, celcius, reamur, dan juga fahrenheit. Dilansir dari Encyclopedia Britannica, kelvin merupakan satuan internasional untuk pengukuran ilmian. Namun, satuan celcius umum digunakan di banyak negara. Suhu dari satu satuan bisa diubah atau dikonversi menjadi satuan lainnya.

 

 

Contoh soal 1 Pada termometer celcius, titik didih air adalah 100 derajat C. Pada termometer fahrenheit nilai ini sama dengan …

 

Jawaban: Untuk menjawab soal tersebut, kita harus mengonversi suhu dari satuan celcius ke satuan Fahrenheit dengan rumus sebagai berikut: T (°F) = 9/5 T (°C) + 32          = 9/5 x 100 + 32          = 9 x 20 + 32          = 212°F

Sehingga ketika termometer celcius menunjukkan 100°C, maka termometer fahrenheit menunjukkan 212°F.

 

Contoh soal 2 Jika suhu benda 75°C maka suhu benda tersebut dalam kelvin adalah …

 

Jawaban: Dilansir dari Physics LibreTexts, suhu terendah didefinisikan sebagai 0 kelvin dan dalam celcius berarti -273,15°C. Sehingga, rumus konvernsi suhu dari celcius ke kelvin adalah sebagai berikut: T (K) = T (°C) + 273         = 75 + 273         = 348 K Perlu diingat bahwa satuan Kelvin tidak menggunakan derajat (°) seperti satuan suhu lainnya.

 

Contoh soal 3 Suhu gas dalam ruangan 305 K jika dinyatakan dalam skala reamur adalah … Jawaban: Untuk menjawab soal tersebut, kita harus mengonversi suhu dari satuan kelvin ke satuan reamur dengan persamaan sebagai berikut: T (°R) = 4/5 (K – 273)          = 4/5 (305 – 273)          = 4/5 (32)          = 125 : 5          = 25,6 °R

 

Contoh soal 4 Suhu badan seseorang 40 derajat celcius apabila diukur dengan termometer reamur menunjukkan angka … Jawaban: Untuk menjawab pertanyaan tersebut, kita dapat menggunakan rumus konversi suhu dari skala celcius ke skala reamur sebagai berikut: T (°R) = 4/5 x T (°C)          = 4/5 x 40          = 160 : 5          = 32 Sehingga, suhu 40°C sama dengan suhu 32°R pada termometer reamur.

 

 

1. KESEIMBANGAN THERMAL

 

Kesetimbangan termal adalah keadaan yang dicapai oleh dua (atau lebih) sistem yang dicirikan oleh keterbatasan harga koordinat sistem itu setelah sistem saling berantaraksi melalui dinding diaterm.

Kesetimbangan termal hanya mengacu pada transfer energi panas antara dua suhu yang berbeda, mematuhi “Hukum nol termodinamika.” Penjelasan rinci tentang contoh kesetimbangan termal diberikan di bagian ini.

 

Molekul udara sekitar

Molekul udara di sekitarnya adalah contoh kesetimbangan termal yang sesuai karena molekul udara mencapai suhu yang sama dengan suhu sekitarnya dan berada dalam kesetimbangan dengan alam. Suhu sekitarnya ditransfer ke molekul udara untuk menyeimbangkan suhu.

Air panas dalam termos

Termos termos adalah sistem terisolasi, sehingga tidak akan ada aliran panas keluar dari sistem. Ini adalah salah satu termal yang baik contoh keseimbangan ketika air panas dituangkan ke dalam termos. Suhu air dipindahkan ke termos; dengan demikian, keseimbangan terbentuk antara labu dan air. Saat Anda membuka tutup labu, aliran air mengalir keluar karena keseimbangan keseimbangan termal.

Kopi panas dalam cangkir

Jika Anda menuangkan kopi panas ke dalam cangkir dingin, cangkir menjadi panas sama seperti kopi. Panasnya kopi dipindahkan ke cangkir; dengan demikian, kopi berada dalam keseimbangan terhadap cangkir dengan mentransfer suhunya ke cangkir.

Mesin mobil

Ketika mobil dikemudikan untuk waktu yang lama, mesin menjadi panas. Karena mobil tersebut terbelakang dari gerakan dan berada di bawah keadaan stasioner, setelah beberapa waktu, mesin menjadi dingin, dan suhunya menjadi sama dengan suhu di sekitarnya; dengan demikian, keadaan keseimbangan dicapai oleh mesin sehubungan dengan suhu sekitarnya.

Perangkat elektronik

Semua perangkat elektronik memanas saat berjalan. Panas ini tidak permanen. Perangkat mendingin setelah beberapa waktu untuk berada dalam keseimbangan dengan lingkungan sekitarnya, sehingga memenuhi kondisi keseimbangan termal.

Produk disimpan di lemari es

Jika Anda menyimpan produk apa pun semalaman di dalam lemari es, itu menjadi dingin. Dalam hal ini, dinginnya lemari es membuat produk menjadi dingin. Dengan demikian suhu lemari es dan produk akan sama. Oleh karena itu kesetimbangan termal dihasilkan antara lemari es dan produk.

Kelereng dipegang di tangan

Jika Anda memegang kelereng untuk waktu yang lama, suhu tangan Anda dan kelereng akan sama. Ini dapat didefinisikan dengan baik karena kelereng berada dalam kesetimbangan termal dengan tangan karena suhu tangan dipindahkan ke kelereng hingga menjadi sama. Jadi memegang kelereng di tangan adalah salah satu contoh kesetimbangan termal terbaik.

Es dalam segelas air

Ambil segelas air pada suhu kamar dan masukkan beberapa es batu ke dalam air yang sama. Es secara bertahap mencair dengan menukar suhunya dengan air. Pertukaran suhu antara air dan es batu terjadi sampai air dan es mencapai suhu yang sama, sehingga memenuhi kondisi kesetimbangan.

Mencairnya es krim

Jika Anda menyimpan es krim di luar lemari es selama beberapa waktu, es krim akan berinteraksi dengan lingkungan sekitar, dan perpindahan panas akan terjadi. Es krim meleleh hingga suhunya sesuai dengan suhu di sekitarnya. Dengan demikian es krim akan berada dalam kesetimbangan dengan lingkungan memenuhi kesetimbangan termal.

Mentega mencair

Mentega sangat sensitif terhadap suhu. Ketika mentega bersentuhan dengan suhu yang berbeda, mentega meleleh dan mencoba untuk berada dalam keseimbangan dengan sekitarnya. Jadi melelehkan mentega adalah salah satu contoh kesetimbangan termal yang sangat baik.

Pembentukan Gletser

Di kutub, gletser permanen di laut adalah salah satu termal alami contoh keseimbangan. Karena pemanasan global, suhu di dekat laut meningkat dengan cepat; dengan demikian, es mencair, menciptakan gletser. Gletser berada dalam kesetimbangan termal dengan laut di dekat kutub.

Mengukur suhu tubuh dengan termometer

Jika Anda demam, Anda akan memeriksa suhu tubuh Anda menggunakan termometer. Dalam hal ini, suhu tubuh Anda diubah menjadi termometer yang terdiri dari air raksa. Saat panas disuplai, merkuri mulai naik sampai suhu tubuh Anda, dan merkuri menjadi sama. Ketika kedua suhu menjadi sama, tidak akan ada perpindahan panas dari tubuh, dan merkuri yang naik juga dihentikan. Titik di mana merkuri berhenti bergerak dicatat sebagai suhu tubuh Anda. Ketika kontak antara tubuh Anda dan termometer dihilangkan, air raksa mulai bergerak ke bawah dan mengendap pada posisi semula hingga mencapai nol. Dalam kedua kasus, merkuri berada dalam kesetimbangan dengan lingkungan yang diberikan. Sebelum bersentuhan dengan tubuh Anda, termometer harus seimbang dengan lingkungan sekitar. Ketika sampai pada kontak tubuh Anda, keseimbangan termal diatur antara termometer dan tubuh Anda. Setelah dilepaskan dari kontak tubuh Anda, termometer akan mencapai keseimbangan dengan sekitarnya sekali lagi.

Tubuh manusia

Tubuh manusia, setelah mati, akan menjadi dingin karena kesetimbangan termal. Akan terjadi perpindahan panas antara tubuh, dan sekitarnya terjadi untuk menyeimbangkan suhu. Proses ini hanya membutuhkan sedikit waktu setelah kematian untuk mencapai keseimbangan termal.

Tangannya tetap di rel yang dingin

Jika Anda meletakkan tangan Anda di rel yang dingin, tangan Anda menjadi dingin. Dinginnya rel ditransfer ke tangan Anda untuk menyeimbangkan suhu. Setelah suhu tangan Anda dan rel menjadi sama, kesetimbangan termal antara rel dan tangan tercapai.

Memasuki ruangan dengan suhu tertentu

Pernahkah Anda memasuki ruangan ber-AC? Jika pernah, maka Anda pernah mengalami tubuh menjadi dingin atau panas tergantung dari suhu set AC. Tubuh Anda mencapai suhu yang sama dengan AC saat Anda memasuki ruangan. Jadi keseimbangan termal diatur antara Anda dan ruangan.

Mencampur air panas dan air dingin

Ketika Anda mencampur air panas dan air dingin, air panas mentransfer suhunya ke air dingin, dan air dingin memberikan rasa dinginnya ke air panas; dengan demikian, pertukaran suhu di antara mereka terjadi. Proses ini berlangsung sampai tidak ada panas yang tersisa untuk dipertukarkan; dengandemikian, kesetimbangantermal dihasilkan.

1. AZAS BLACK DAN HUKUM HOOKE

Asas Black berbunyi pada ruang tertutup, jika ada dua benda yang salah satunya berupa cairan dan berbeda suhu diinteraksikan maka akan terjadi serah terima kalor sampai suhu kedua benda sama. Suhu kedua benda bisa sama ketika mencapai kondisi keseimbangan termal.

Artinya, jika ada dua benda yang memiliki suhu berbeda bersentuhan, maka kalor akan mengalir dari yang suhunya tinggi ke suhu yang rendah.

Dari teori di atas dapat diketahui prinsip asas Black yaitu:

Terjadi aliran atau perpindahan kalor dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu lebih rendah
Benda bersuhu lebih tinggi melepas kalor
Perpindahan kalor berhenti jika terjadi keseimbangan termal yaitu suhu kedua benda sama
Rumus Asas Black
Q lepas = Q serap
Rumus tersebut menjelaskan bahwa, kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepaskan.

Q lepas dalam rumus di atas berarti kalor yang dilepas suatu zat yang memiliki temperatur lebih tinggi. Sedangkan Q serap adalah kalor yang diserap oleh suatu zat yang memiliki temperatur lebih rendah.

Adapun Q = m.c.∆T atau Q = m.c.(t2 – t1)

Keterangan:
Q adalah kalor yang dibutuhkan (J).
m adalah massa benda (kg).
c adalah kalor jenis (J/kgC).
(t2-t1) adalah perubahan suhu (C).

Jadi rumus lengkap asas Black adalah:

Q lepas = Q serap
m1.c1.∆T1= m2.c2.∆T2
m1.c1.(T1-Ta)=m2.c2.(Ta-T2)

Keterangan:

m1 = Massa benda dengan suhu lebih tinggi
c1 = Kalor jenis benda dengan suhu lebih tinggi
T1 = Temperatur benda dengan suhu lebih tinggi
Ta = Temperatur akhir pencampuran kedua benda
m2 = Massa benda dengan suhu lebih rendah
c2 = Kalor jenis benda dengan suhu lebih rendah
T2 = Temperatur benda dengan suhu lebih rendah

Contoh Soal

Sepotong aluminium yang massanya 150 gram dan suhunya 85o C, dimasukkan ke dalam 75 gram air yang suhunya 15o C. Jika kalor jenis aluminium 0,21 kal/groC dan kalor jenis air 1 kal/groC, berapakah suhu akhir campuran?

Jawab

Diketahui:

m aluminium = 150 gram

t aluminium = 85o C

c aluminium= 0,21 kal/gr oC

m air = 75 gr

t air = 15o C

c air = 1 kal/groC

Ditanyakan:

t akhir = ?

Penyelesaian:

Q aluminium = Q air

mAl.cAl.tAl = mair.cair.tair

mAl.cAl.(85-tA)=mair.cair.(tA-15)

150.0,21.(85-tA)=75.1.(tA-15)

2.0,21.(85-tA)=1,1.(tA-15)

0,42.85-0,42.tA=tA-15

35,7-0,42.tA=tA-15

35,7+15=tA+0,42 tA

50,7=1,47 tA

tA= 50,7/1,42= 35,7o C

Dengan menggunakan rumus asas Black, hasil dari penyelesaian soal di atas adalah 35,7o C

E. HUKUM HOOKE

 

Hukum Hooke adalah hukum yang mengatur hubungan antara besarnya gaya yang dibebankan pada pegas beserta peregangannya. Hukum ini ditemukan oleh seorang ilmuwan asal Inggris, yaitu Robert Hooke. Lalu, apa hubungan hukum Hooke dengan elastisitas? Hukum Hooke hanya berlaku pada benda-benda yang memiliki elastisitas atau kemampuan elastis, contohnya pegas.

Peran hukum Hooke dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut.

1. Penggunaan shockbreaker pada sepeda motor. Shockbreaker berfungsi untuk meredam setiap guncangan yang diterima motor.
2. Penggunaan per pada kasur spring bed, sehingga kasur tersebut tidak mudah kempes.
3. Ketapel bisa ditarik ulur karena menggunakan bahan elastis seperti karet. Semakin panjang tarikan karetnya, semakin besar energi potensial yang dihasilkan.
4. Pompa ban sepeda manual bisa dinaikkan dan diturunkan karena di dalamnya terdapat bantalan pegas.

 

Contoh Soal

 

Sepeda Maryam memiliki empat buah shockbreaker (peredam kejut). Dua shockbreaker berada di bagian depan dan dua sisanya berada di bagian belakang. Keempat shockbreaker tersebut memiliki konstanta yang sama, yaitu 1.500 N/m. Jika

sepeda tersebut dinaiki Maryam yang massanya 48 kg, berapakah perubahan panjang setiap shockbreakernya?

Pembahasan:

Diketahui:

m = 48 kg

k₁ = k₂ = k₃ = k₄ = 1.500 N/m

Ditanya: ∆x =…?

Jawab: Ktotal= 6000N/m

∆x=F/K=480/6000

=0,08 m= 8cm