10 Penemuan Sains Terbaik 2010
Para ilmuwan dari berbagai bidang seperti kimia, astronomi, biologi, arkeologi, dan palaentologi telah berhasil menemukan fakta-fakta spektakuler dalam bidang sains sepanjang Tahun 2010 yang dipublikasikan oleh Majalah Times. Kita sebagai Bangsa Indonesia patut berbangga karena di antara daftar penemuan tersebut terdapat satu penemuan yang merupakan keberhasilan ilmuwan asal Indonesia. Berikut ini adlah daftar penemuan sains terbaik Tahun 2010 versi Majalah Time :
1. Dinosaurus Bertanduk.
Dinosaurus tersebut merupakan golongan baru dinosaurus
yang disebut Kosmoceratops. Berat badannya mencapai 2500 kilogram. Yang membuatnya unik adalah adanya 15 buah tanduk di kepalanya. Kosmoceratops sebenarnya telah ditemukan pada tahun 2007, namun para ilmuwan baru bisa mengidentifikasinya tahun 2010. Golongan dinosaurus itu diduga hidup 76 juta tahun yang lalu di wilayah yang kini dikenal dengan nama Utah, Amerika Serikat.
2. Muons dan Pembentukan Alam Semesta.
Para ilmuwan mengatakan bahwa jumlah materi dan anti materi yang dihasilkan sebelum big bang haruslah berbeda. Hanya perbedaan itulah yang memungkinkan terciptanya alam semesta. Sebelumnya, perbedaan itu hanya mungkin dalam teori. Hingga tahun 2010, percobaan partikel di Fermilab menemukan bahwa muons (partikel sub atomik seperti halnya elektron) yang dihasilkan memiliki kelebihan 1% anti muons. Perbedaan muons dan anti muons tersebut memang tidak terlalu banyak. Namun, para ilmuwan mengatakan bahwa jumlah itu cukup untuk memacu terciptanya semesta.
3. Bulan Lebih Basah Daripada Sahara.
Misi Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) berhasil menemukan keberadaan air di bulan, tepatnya di wilayah kutub selatan bulan. Jumlah air di permukaan bulan yang ditemukan dalam riset tersebut sangat mengejutkan, lebih dari 50% dari yang diharapkan. Air yang terdapat di kutub selatan bulan itu terdapat dalam bentuk es yang tercampur dengan materi lain. Para peneliti mengatakan, es tersebut bisa diolah menjadi air murni. Hl itu bisa menghemat biaya misi pendaratan ke bulan sebab tak perlu membawa air dari bumi.
4. Piramid Mexico Teotihuacan.
Para arkeolog yang meneliti Piramid Mexico Teotihuacan berhasil menemukan koridor selebar 12 kaki lengkap dengan bagian atapnya. Dengan penemuan koridor tersebut, para arkeolog berharap bisa mengetahui jalan menuju pemakaman para rabi atau pemimpin agama dalam peradaban Mexico tersebut.
5. Gen Penyebab Penuaan.
Mengapa orang-orang tertentu tampak cepat tua? Para ahli genetika menemukan bahwa hal tersebut disebabkan oleh ulah gen TERC. Gen tersebut menentukan panjang telomer, semacam tutup yang terdapat pada ujung kromosom. Orang pembawa gen itu akan cenderung mengalami penuaan lebih cepat sebab telomernya akan memendek lebih cepat. Orang yang membawa satu copy gen itu misalnya, akan tampak sama tua dengan orang yang 3-4 tahun lebih tua darinya. Penelitian tentang gen TERC itu dipublikasikan dalam Jurnal Genetics.
6. Planet Ekstra Surya.
Para peneliti menemukan bahwa terdapat banyak sekali planet di luar tata surya. Salah satunya adalah planet HIP 13044b yang ditemukan oleh Astronom asal Indonesia, Johny Setiawan. Planet tersebut sebenarnya merupakan planet ekstra surya tetapi masuk ke galaksi Bima Sakti. Penemuan planet ekstra surya lainnya adalah adanya 7 planet yang mengorbit pada bintang HD 10180. Sementara, penemuan planet lainnya yang juga memukau adalah Gliese 581g, planet ekstra surya dikatakan mengorbit bintangnya pada jarak yang tak terlalu pnas ataupun dingin, seperti bumi mengorbit matahari7. Metamaterial.
Penemuan ini dilakukan oleh Profesor Martin McCall dan Imperial College, London. Metamaterial yang dibuat dikatakan bisa “mengaduk” aliran energi elektromagnetik. cahaya yang melewati metamaterial tersebut akan terhambur secara tidak merata, membentuk gap antara ruang dan waktu.
8. Penemuan Australopithecus sediba.
Para ilmuwan menemukan fosil Australopithecus sediba, sebuah spesies manusia purba di wilayah Malapa, Afrika Selatan. Fosil tersebut diduga berasal dari masa 2 juta tahun yang lalu. Para palaentolog menduga, fosil tersebut berkaitan dengan fosil manusia purba Homo erectus yang secara evolusioner kemudian berkembang menjadi Homo sapens atau manusia modern. Penemuan spesies ini, menurut para ilmuwan, bisa melengkapi data evolusi manusia.
9. Ununseptium.
Unuseptium yang untuk sementara dinamai unsur ke 117 merupakan kombinasi antara isotop berkelium dan kalsium yang diciptakan para ilmuwan di Dubna, Rusia. Para fisikawan mengatakan bahwa unsur ini bisa menunjukkan “island of stability”, dimana unsur yang terberat bisa bertahan selama berbulan-bulan.
10. Rahasia Kucing Menyeruput Susu.
Para ilmuwan dari Massachusetts Institute of Technology (MIT), Virgiania Tech dan Princeton University menemukan rahasia cara kucing menyeruput susu. Mereka menemukan bahwa ketika kucing akan minum, lidahnya menjulur terlebih dahulu membentuk huruf J. Akibat kemampuan tersebut, kucing tak harus memasukkan seluruh lidahnya ke wadah susu. Bentuk huruf J memungkinkan terbentuknya lajur susu di antara lidah yang bergerak dengan permukaan cairan. Ketika kucing menutup mulut, susu pun bisa diminum tanpa mengakibatkan dagu menjadi basah.
sumber: Times, kompas.com
Gerhana 2011
Pada tahun 2011 diprediksi akan terjadi empat gerhana matahari sebagian dan dua gerhana bulan total. Gerhana matahari sebagian pada 2011 akan terjadi pada 4 Januari, 1 Juni, 1 Juli, dan 25 November. Sedangkan gerhana bulan total akan terjadi pada 15 Juni dan 10 Desember. Kombinasi empat gerhana matahari dan dua gerhana bulan dalam setahun hanya akan terjadi enam kali sepanjang abad ke-21, yakni pada tahun 2011, 2029, 2047, 2065, 2076, dan 2094.
Akan tetapi, seluruh gerhana matahari tidak akan dapat dilihat dari Indonesia. Tapi, dua gerhana bulan total akan dapat diamati di Indonesia. Seluruh fase gerhana bulan total Juni akan dapat diamati di Indonesia
bagian barat, sementara wilayah Indonesia lainnya mengalami gerhana bulan sebagian. Pada penghujung tahun 2011, seluruh fase gerhana bulan total akan dapat diamati dari Sabang hingga Merauke. Satu gerhana matahari sebagian telah terjadi pada Tanggal 4 Juni 2011 yang dapat diamati di sebagian besar wilayah Eropa, Afrika utara, dan Asia Tengah. Di kota-kota Eropa seperti Madrid, Paris, London, dan Copenhagen, menjadi lokasi terbaik jepretan foto gerhana sebagian, saat matahari baru terbit.
Sumber data: NASA
Penerima Nobel Fisika
Tahun 1901–1925
Röntgen (1901) · Lorentz / Zeeman (1902) · Becquerel / P. Curie / M. Curie (1903) · Rayleigh (1904) · Lenard (1905) · Thomson (1906) · Michelson (1907) · Lippmann (1908) · Marconi / Braun (1909) · van der Waals (1910) · Wien (1911) · Dalén (1912) · Kamerlingh Onnes (1913) · Laue (1914) · W. L. Bragg / W. H. Bragg (1915) · Barkla (1917) · Planck (1918) · Stark (1919) · Guillaume (1920) · Einstein (1921) · N. Bohr (1922) · Millikan (1923) · M. Siegbahn (1924) · Franck / Hertz (1925)
Tahun 1926–1950
Perrin (1926) · Compton / C. Wilson (1927) · O. Richardson (1928) · De Broglie (1929) · Raman (1930) · Heisenberg (1932) · Schrödinger / Dirac (1933) · Chadwick (1935) · Hess / C. D. Anderson (1936) · Davisson / Thomson (1937) · Fermi (1938) · Lawrence (1939) · Stern (1943) · Rabi (1944) · Pauli (1945) · Bridgman (1946) · Appleton (1947) · Blackett (1948) · Yukawa (1949) · Powell (1950)
Tahun 1951–1975
Cockcroft / Walton (1951) · Bloch / Purcell (1952) · Zernike (1953) · Born / Bothe (1954) · Lamb / Kusch (1955) · Shockley / Bardeen / Brattain (1956) · Yang / T. D. Lee (1957) · Cherenkov / Frank / Tamm (1958) · Segrè / Chamberlain (1959) · Glaser (1960) · Hofstadter / Mössbauer (1961) · Landau (1962) · Wigner / Goeppert-Mayer / Jensen (1963) · Townes / Basov / Prokhorov (1964) · Tomonaga / Schwinger / Feynman (1965) · Kastler (1966) · Bethe (1967) · Alvarez (1968) · Gell-Mann (1969) · Alfvén / Néel (1970) · Gabor (1971) · Bardeen / Cooper / Schrieffer (1972) · Esaki / Giaever / Josephson (1973) · Ryle / Hewish (1974) · A. Bohr / Mottelson / Rainwater (1975)
Tahun 1976–2000
Richter / Ting (1976) · P. W. Anderson / Mott / Van Vleck (1977) · Kapitsa / Penzias / R. Wilson (1978) · Glashow / Salam / Weinberg (1979) · Cronin / Fitch (1980) · Bloembergen / Schawlow / K. Siegbahn (1981) · K. Wilson (1982) · Chandrasekhar / Fowler (1983) · Rubbia / van der Meer (1984) · von Klitzing (1985) · Ruska / Binnig / Rohrer (1986) · Bednorz / Müller (1987) · Lederman / Schwartz / Steinberger (1988) · Ramsey / Dehmelt / Paul (1989) · Friedman / Kendall / R. Taylor (1990) · de Gennes (1991) · Charpak (1992) · Hulse / J. Taylor (1993) · Brockhouse / Shull (1994) · Perl / Reines (1995) · D. Lee / Osheroff / R. Richardson (1996) · Chu / Cohen-Tannoudji / Phillips (1997) · Laughlin / Störmer / Tsui (1998) · 't Hooft / Veltman (1999) · Alferov / Kroemer / Kilby (2000)
Pemanfaatan Limbah Organik
Limbah organik adalah limbah yang berasal dari makhluk hidup, diantaranya berasal dari tumbuhan dan hewan yang telah mati, sampah rumah tangga, sampah pasar ataupun berasal dari kotoran hewan. Limbah organik mudah terurai secara alami oleh mikroorganisme melalui proses pembusukan. Limbah organik yang telah mengalami pembusukan mengandung unsur hara yang bermanfaat bagi tumbuhan.
Salah satu pemanfaatan limbah organik adalah dengan cara dibuat pupuk kompos. Pupuk kompos
adalah pupuk organik yang dibuat melalui proses pengomposan. Pupuk kompos sangat baik untuk menambah unsur hara tanah sehingga dapat menambah kesuburan tanah, dapat memperbaiki struktur tanah menjadi gembur, mempertinggi kemampuan menahan air dalam tanah, memperbaiki drainase dan tata ruang udara tanah, dan mempertinggi daya ikat tanah terhadap unsur hara tanaman sehingga memberikan kesuburan pada tanaman.
adalah pupuk organik yang dibuat melalui proses pengomposan. Pupuk kompos sangat baik untuk menambah unsur hara tanah sehingga dapat menambah kesuburan tanah, dapat memperbaiki struktur tanah menjadi gembur, mempertinggi kemampuan menahan air dalam tanah, memperbaiki drainase dan tata ruang udara tanah, dan mempertinggi daya ikat tanah terhadap unsur hara tanaman sehingga memberikan kesuburan pada tanaman.
Dalam pembuatan kompos terdapat beberapa macam cara, seperti berikut ini.
1. Pembuatan kompos secara alami
Cara ini dilakukan dengan menimbun sampah tumbuhan secara bertahap ke dalam lubang berukuran 1,5 x 1,5 x 1,5 meter, kemudian dilapisi dengan kotoran hewan serta ditaburi sedikit abu dan kapur. Kemudian di atasnya tambah lagi lapisan sampah tumbuhan lalu ditutup lagi dengan kotoran hewan dan seterusnya sehingga menjadi rata dengan tanah. Timbunan sampah tersebut harus lembab tetapi tidak boleh terlalu basah dalam jangka waktu tiga bulan. Apabila tumpukan sampah tersebut telah menyusut hingga sepersepuluh dari ukuran semula, maka sampah tersebut telah menjadi pupuk kompos.
2. Pembuatan kompos dengan menggunakan bantuan mikroba
Pembuatan kompos cara ini dengan menggunakan mikroba menguntungkan (Effectif microorganism=Em ) dengan cara memfermentasikan sampah organik seperti kotoran hewan/manusia, jerami, sekam padi, dedak halus, rumput-rumputan, daun-daunan, sampah rumah tangga, dan lain sebagainya.
Pemanfaatan Limbah Anorganik
Limbah atau sampah merupakan bahan buangan sebagai dampak dari eksploitasi lingkungan oleh manusia dalam memenuhi kebutuhan hidupnya. Menurut golongannya sampah terbagi empat kelompok, yaitu:
Limbah anorganik adalah limbah yang berasal bukan dari makhluk hidup. Limbah anorganik ini memerlukan waktu yang lama atau bahkan tidak dapat terdegradasi secara alami. Beberapa limbah anorganik diantaranya styrofoam, plastik, kaleng, dan bahan gelas atau beling. Salah satu pemanfaatan limbah anorganik adalah dengan cara proses daur ulang (recycle). Daur ulang merupakan upaya untuk mengolah barang atau benda yang sudah tidak dipakai agar dapat dipakai kembali. Beberapa limbah anorganik yang dapat dimanfaatkan melalui proses daur ulang, misalnya plastik, gelas, logam, dan kertas.
1. Limbah plastik
Limbah plastik biasanya digunakan sebagai pembungkus barang. Plastik juga digunakan sebagai perabotan rumah tangga seperti ember, piring, gelas, dan lain sebagainya. Keunggulan barang-barang yang terbuat dari plastik yaitu tidak berkarat dan tahan lama. Banyaknya pemanfaatan plastik berdampak pada banyaknya sampah plastik. Padahal untuk hancur secara alami jika dikubur dalam tanah memerlukan waktu yang sangat lama. Cobalah kalian kubur sampah plastik selama beberapa bulan, kemudian gali lagi penutup tanahnya dapat dipastikan bahwa plastik tersebut akan tetap utuh. Karena itu, upaya yang dapat dilakukan adalah memanfaatkan limbah plastik untuk didaur ulang menjadi barang yang sama fungsinya dengan fungsi semula maupun digunakan untuk fungsi yang berbeda. Misalnya ember plastik bekas dapat didaur ulang dan hasil daur ulangnya setelah dihancurkan dapat berupa ember kembali atau dibuat produk lain seperti sendok plastik, tempat sampah, atau pot bunga. Plastik dari bekas makanan ringan atau sabun deterjen dapat didaur ulang menjdai kerajinan misalnya kantong, dompet, tas laptop, tas belanja, sandal, atau payung. Botol bekas minuman bisa dimanfaatkan untuk membuat mainan anak-anak. Sedotan minuman dapat dibuat bunga-bungaan, bingkai foto, taplak meja, hiasan dinding atau hiasan-hiasan lainnya.
2. Limbah logam
Sampah atau limbah dari bahan logam seperti besi, kaleng, alumunium, timah, dan lain sebagainya dapat dengan mudah ditemukan di lingkungan sekitar kita. Sampah dari bahan kaleng biasanya yang paling banyak kita temukan dan yang paling mudah kita manfaatkan menjadi barang lain yang bermanfaat. Sampah dari bahan kaleng dapat dijadikan berbagai jenis barang kerajinan yang bermanfaat. Berbagai produk yang dapat dihasilkan dari limbah kaleng di antaranya tempat sampah, vas bunga, gantungan kunci, celengan, gift box, dan lain-lain.
3. Limbah Gelas atau Kaca
Limbah gelas atau kaca yang sudah pecah dapat didaur ulang menjadi barang-barang sama seperti barang semula atau menjadi barang lainseperti botol yang baru, vas bunga, cindera mata, atau hiasan-hiasan lainnya yang mempunyai nilai artistik dan ekonomis.
4. Limbah kertas
Sampah kertas kelihatannya memang mudah hancur dan tidak berbahaya seperti sampah plastik. Namun walau bagaimanapun yang namanya sampah pasti menimbulkan masalah jika berserakan begitu saja. Sampah dari kertas dapat didaur ulang baik secara langsung ataupun tak langsung. Secara langsung artinya kertas tersebut langsung dibuat kerajinan atau barang yang berguna lainnya. Sedangkan secara tak langsung artinya kertas tersebut dapat dilebur terlebih dahulu menjadi kertas bubur, kemudian dibuat berbagai kerajinan.
Hasil daur ulang kertas banyak sekali ragamnya seperti kotak hiasan, sampul buku, bingkai photo, tempat pinsil, dan lain sebagainya.
- Human secreta, yaitu bahan buangan yang dikeluarkan dari dalam tubuh manusia dan hewan, seperti keringat, feses ( kotoran zat padat ), dan urine ( kotoran zat cair ).
- Sawage, yaitu air limbah cair yang dibuang oleh industri atau rumah tangga, seperti detergen.
- Refuse, yaitu bahan sisa proses industri atau hasil sampingan kegiatan rumah tangga, misalnya plastik, logam, botol, kayu bangunan, sisa sayuran, nasi bekas, daun tanaman atau barang-barang buangan.
- Industri waste, merupakan bahan buangan dari sisa-sisa proses industri seperti zat pewarna, pelarut, limbah injeksi, dan lain-lain.
Limbah anorganik adalah limbah yang berasal bukan dari makhluk hidup. Limbah anorganik ini memerlukan waktu yang lama atau bahkan tidak dapat terdegradasi secara alami. Beberapa limbah anorganik diantaranya styrofoam, plastik, kaleng, dan bahan gelas atau beling. Salah satu pemanfaatan limbah anorganik adalah dengan cara proses daur ulang (recycle). Daur ulang merupakan upaya untuk mengolah barang atau benda yang sudah tidak dipakai agar dapat dipakai kembali. Beberapa limbah anorganik yang dapat dimanfaatkan melalui proses daur ulang, misalnya plastik, gelas, logam, dan kertas.
1. Limbah plastik
Limbah plastik biasanya digunakan sebagai pembungkus barang. Plastik juga digunakan sebagai perabotan rumah tangga seperti ember, piring, gelas, dan lain sebagainya. Keunggulan barang-barang yang terbuat dari plastik yaitu tidak berkarat dan tahan lama. Banyaknya pemanfaatan plastik berdampak pada banyaknya sampah plastik. Padahal untuk hancur secara alami jika dikubur dalam tanah memerlukan waktu yang sangat lama. Cobalah kalian kubur sampah plastik selama beberapa bulan, kemudian gali lagi penutup tanahnya dapat dipastikan bahwa plastik tersebut akan tetap utuh. Karena itu, upaya yang dapat dilakukan adalah memanfaatkan limbah plastik untuk didaur ulang menjadi barang yang sama fungsinya dengan fungsi semula maupun digunakan untuk fungsi yang berbeda. Misalnya ember plastik bekas dapat didaur ulang dan hasil daur ulangnya setelah dihancurkan dapat berupa ember kembali atau dibuat produk lain seperti sendok plastik, tempat sampah, atau pot bunga. Plastik dari bekas makanan ringan atau sabun deterjen dapat didaur ulang menjdai kerajinan misalnya kantong, dompet, tas laptop, tas belanja, sandal, atau payung. Botol bekas minuman bisa dimanfaatkan untuk membuat mainan anak-anak. Sedotan minuman dapat dibuat bunga-bungaan, bingkai foto, taplak meja, hiasan dinding atau hiasan-hiasan lainnya.
2. Limbah logam
Sampah atau limbah dari bahan logam seperti besi, kaleng, alumunium, timah, dan lain sebagainya dapat dengan mudah ditemukan di lingkungan sekitar kita. Sampah dari bahan kaleng biasanya yang paling banyak kita temukan dan yang paling mudah kita manfaatkan menjadi barang lain yang bermanfaat. Sampah dari bahan kaleng dapat dijadikan berbagai jenis barang kerajinan yang bermanfaat. Berbagai produk yang dapat dihasilkan dari limbah kaleng di antaranya tempat sampah, vas bunga, gantungan kunci, celengan, gift box, dan lain-lain.
3. Limbah Gelas atau Kaca
Limbah gelas atau kaca yang sudah pecah dapat didaur ulang menjadi barang-barang sama seperti barang semula atau menjadi barang lainseperti botol yang baru, vas bunga, cindera mata, atau hiasan-hiasan lainnya yang mempunyai nilai artistik dan ekonomis.
4. Limbah kertas
Sampah kertas kelihatannya memang mudah hancur dan tidak berbahaya seperti sampah plastik. Namun walau bagaimanapun yang namanya sampah pasti menimbulkan masalah jika berserakan begitu saja. Sampah dari kertas dapat didaur ulang baik secara langsung ataupun tak langsung. Secara langsung artinya kertas tersebut langsung dibuat kerajinan atau barang yang berguna lainnya. Sedangkan secara tak langsung artinya kertas tersebut dapat dilebur terlebih dahulu menjadi kertas bubur, kemudian dibuat berbagai kerajinan.
Hasil daur ulang kertas banyak sekali ragamnya seperti kotak hiasan, sampul buku, bingkai photo, tempat pinsil, dan lain sebagainya.
Teori Relativitas Khusus
Teori relativitas khusus diterbitkan pada 1905 oleh Albert Einstein seorang ilmuwan fisika modern. Teori ini menggantikan pendapat Newton tentang ruang dan waktu dan memasukan elektromagnetisme pada persamaan Maxwell. Teori ini disebut "khusus" karena berlaku terhadap prinsip relativitas pada kasus "tertentu" atau "khusus" dari kerangka inersia dalam ruang-waktu datar, di mana efek gravitasi dapat diabaikan.
Teori relativitas khusus terdiri dari dua fostulat :
Fostulat I :" Hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu sama lain."
Postulat ini menyatakan ketiadaan kerangka acuan universal. Jika dua pengamat berada dalam kerangka acuan lembam dan bergerak dengan kecepatan sama relatif terhadap pengamat lain, maka kedua pengamat tersebut tidak dapat melakukan percobaan untuk menentukan apakah mereka bergerak atau diam. Bayangkan ini seperti saat kita berada di dalam sebuah kapal selam yang bergerak dengan kecepatan tetap. Kita tidak akan dapat mengatakan apakah kapal selam tengah bergerak atau diam.
Contoh lain, ketika pesawat sedang terbang dengan kecepatan tetap, seorang pramugari dengan santainya membagikan makanan kepada para penumpang karena dia tidak merasakan bahwa pesawat sedang terbang, yang dia rasakan pesawat tersebut sedang diam (coba kalau dia membagikan makanan di dalam metromini..hehehe). Benar atau salahkah jika pramugari tersebut mengatakan bahwa pesawat tersebut diam berdasarkan apa yang dia rasakan? menurut teori ini benar.
Postulat II : "Cepat rambat cahaya di dalam ruang hampa ke segala arah adalah sama untuk semua pengamat, tidak tergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamat."
Postulat kedua adalah sebuah konsekuensi dari foton yang tak bermassa bergerak dengan kecepatan cahaya pada ruang hampa. Eter tidak lagi memiliki peran khusus sebagai kerangka acuan inersia “mutlak” alam semesta, jadi bukan hanya tidak perlu, tetapi juga secara kualitatif tidak berguna di dalam relativitas khusus.
Sebagai contoh pada kasus sederhana misalkan sebuah kereta api sedang bergerak dengan kecepatan 10 km/jam lalu ada seorang pedagang asongan di dalam kereta berjalan ke arah depan dengan kecepatan 2 km/jam. Menurut pengamat yang diam di pinggir rel kereta pedagang asongan tersebut bergerak dengan kecepatan 12 km/jam (10 km/jam + 2 km/jam). Hasil pengamatan Pengamat tersebut sesuai dengan teori gerak Newton.
Bagaimana kalau kereta dan pedagang asongan tersebut bergerak dengan kecepatan mendekati atau sama dengan kecepatan cahaya? Menurut fostulat II teori Newton tidak berlaku. Kecepatan gerak pedagang asong bukanlah hasil penjumlahan seperti di atas karena menurut fostulat II kecepatan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak bergantung dari gerak pengamat itu.
Untuk menentukan kecepatan benda untuk kasus benda yang bergerak dengan kecepatan cahaya, Einstein memperkenalkan transformasi koordinat baru, dinamakan transformasi Lorentz, antara kerangka acuan inersia. Pada kecepatan lambat, transformasi ini pada dasarnya identik dengan model klasik (teori Newton), tetapi untuk kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, menghasilkan nilai yang berbeda secara radikal.
Penjumlahan kecepatan menurut teori relativitas khusus Einstein :
Konstanta transformasi Laplace :
dengan : u = kecepatan gerak benda
Kontraksi panjang :
dengan : Lo = panjang benda menurut pengamat yang diam terhadap benda
L = panjang benda menurut pengamat yang bergerak terhadap benda
dengan : Eo = m c2 = energi diam benda, E = m c2 = energi total benda
Enstein mampu menunjukkan bahwa terdapat hubungan antara massa dan energi, melalui rumus yang sangat terkenal E=mc2. Hubungan ini telah dibuktikan dengan peristiwa yang sangat spektakuler di dunia ketika bom nuklir melepaskan energi dari massa di Hiroshima dan Nagasaki pada akhir perang dunia kedua.
Tak ada objek bermassa yang dapat bergerak dipercepat menuju kecepatan cahaya. Hanya objek tak bermassa, seperti foton, yang dapat bergerak dengan kecepatan cahaya. (foton tidak bergerak dipercepat menuju kecepatan cahaya, tetapi foton selalu bergerak dengan kecapatan cahaya).
Demikianlah penjelasan singkat tentang teori relativitas khusus, saya yakin apa yang saya ketahui dan saya tulis masih banyak kesalahan dan kekurangan. Jangan segan-segan berilkan komentar setelah reka-rekan membaca tulisan ini agar kita bisa sama-sama berbagi ilmu.
- Teori Relativitas Umum
- Teori Relativitas Khusus
- Hukum Gravitasi Newton
- Gelombang Elektromagnetik
- Fisika Modern
Teori Relativitas Umum
Teori Relativitas umum diterbitkan oleh Albert Einstein pada 1916. Teori ini menggantikan hukum gravitasi Newton. Menurut Newton, gravitasi dianggap sebagai kekuatan penarik dimana planet-planet bergerak mengelilingi matahari dalam bentuk lingkaran elips karena matahari memiliki kekuatan gravitasi yang amat besar. Tapi menurut Einstein, gravitasi tidak dianggap sebagai kekuatan penarik benda-benda di alam ini, tapi menurutnya semua benda di alam semesta membentuk ruang dan waktu dalam kurva yang melengkung. Kurva yang melengkung ini menyebabkan bagaimana benda-benda bergerak di luar angkasa. Dengan kata lain, planet-planet bergerak bukan karena ditarik oleh gaya gravitasi matahari, tapi bergerak menurut garis lurus pada ruang yang melengkung itu.
Rangkaian ruang-waktu empat-dimensi yang melengkung secara sederhana dapat dianalogikan sebagai selembar kain yang dihamparkan yang apabila diletakkan bola besi maka akan terbentuk lengkungan di seluruh bagian kain. Makin besar massa bola maka akan terbentuk lengkungan yang makin besar dan apabila diletakkan bola yang lebih ringan dibagian lain kain maka bola kecil itu akan menggelinding menurut jalur lengkungan untuk mencapai titik keseimbangan. Dengan demikian, benda yang bermassa sangat besar bisa membengkokkan ruang dan waktu sehingga lintasan sinar pun bisa bengkok, seperti matahari dapat melengkungkan ruang-waktu di sekelilingnya dan planet-planet bergerak di sepanjang jalur melengkungnya ruang-waktu. Menurut Einstein materi memberitahu ruang bagaimana cara melengkungkan/memelarkan dirinya, dan ruang memberitahu materi bagaimana cara bergerak.
Penjelasan teori relativitas umum menggunakan formula matematika geometri diferensial dan tensor dalam menjelaskan gravitasi. . Teori ini memiliki bentuk yang sama bagi seluruh pengamat, baik bagi pengamat yang bergerak dalam kerangka acuan lembam ataupun bagi pengamat yang bergerak dalam kerangka acuan yang dipercepat.
Teori relativitas umum memprediksi dengan tepat sampai pada tingkatan apakah sebuah sinar cahaya akan terbentang saat ia lewat di dekat matahari.
- Teori Relativitas Umum
- Teori Relativitas Khusus
- Hukum Gravitasi Newton
- Gelombang Elektromagnetik
- Fisika Modern
Mesin Jet
Mesin jet adalah sebuah jenis mesin pembakaran dalam menghirup udara yang sering digunakan dalam pesawat. Prinsip seluruh mesin jet pada dasarnya sama; mereka mempercepat massa (udara dan hasil pembakaran) ke satu arah dan dari hukum gerak Newton ketiga mesin akan mengalami dorongan ke arah yang berlawanan. Yang termasuk mesin jet antara lain turbojet, turbofan, rocket, ramjet, danpump-jet.
Mesin ini menghirup udara dari depan dan mengkompresinya. Udara digabungkan dengan bahan bakar, dan dibakar. Pembakaranmenambah banyak peningkatan energi dari gas yang kemudian dibuang ke belakang mesin. Proses ini mirip dengan siklus empat-gerak, dengan induksi, kompresi, penyalaan, dan pembuangan terjadi secara berkelanjutan. Mesin menghasilkan dorongan karena percepatanudara yang melaluinya; gaya yang sama dan berlawanan yang dihasilkan adalah dorongan bagi mesin.
Mesin jet mengambil massa udara yang relatif sedikit dan mempercepatnya dengan jumlah yang besar, di mana sebuah pendorongmengambil massa udara secara besar dan mempercepatnya dalam jumlah kecil. Pembuangan kecepatan tinggi dari mesin jet membuatnya efisien pada kecepatan tinggi (terutama kecepatan supersonik) dan ketinggian tinggi. Pada pesawat pelan dan yang membutuhkan jarak terbang pendek, pendorong yang menggunakan turbin gas, yang umumnya dikenal sebagai turboprop, lebih umum dan lebih efisien. Pesawat sangat kecil biasanya menggunakan mesin piston untuk menjalankan pendorong tetap turboprop kecil semakin lama semakin kecil dengan berkembangnya teknologi teknik.
Efisiensi pembakaran sebuah mesin jet, seperti mesin pembakaran dalam lainnya, dipengaruhi besar oleh rasio volume udara yang dikompresi dengan volume pembuangan. Dalam mesin turbin kompresi udara dan bentuk "duct" yang melewati ruang pembakaran mencegah aliran balik dari situ dan membuat pembakaran berkelanjutan dimungkinkan dan proses pendorongan.
Mesin turbojet modern modular dalam konsep dan rancangan. Inti penghasilan-tenaga utama, sama dalam seluruh mesin jet, disebut sebagai generator gas. Dan juga modul tambahan lainnya seperti gearset pengurang dorongan (turboprop/turboshaft), kipas lewat, dan "afterburner". Jenis alat tambahan dipasang berdasarkan penggunaan pesawat.
Perkembangan teknologi mesin jet
Mesin jet atau yang juga dikenal sebagai mesin turbin gas juga dikembangkan tidak hanya untuk pesawat terbang tetapi juga untuk kapal dan di darat untuk kendaraan terutama kendaraan berat seperti tank dan mesin-mesin pembangkit listrik dan mesin untuk industri. Ada empat jenis mesin turbojet antara lain mesin turbojet dan turbofan yakni mesin yang tenaganya diperoleh dari reaksi yang didapat dari daya dorong semburan jet-nya. Jenis yang lain adalah turboprop dan turboshaft yang bekerja dengan prinsip lain yakni energi dari gas panasnya digunakan untuk memutar/menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan baling-baling atau dikenal juga dengan sebutan power output shaft.
Mesin rekasi jet sederhana kemudian dikembangkan menjadi twin-spool low by pass ratio turbojet. Kini dari turbojet low by-pass ratio, berkembang menjadi triple-spool front fan high by-pass ratio turbojet atau lebih dikenal sebagai high bypass turbofan dan fanjet. Masih berupa konsep adalah mesin prop-fan dan UDF (unducted fan) dan contra rotating-fan.
Mesin turbojet adalah mesin jet yang paling sederhana, biasanya dipakai untuk pesawat-pesawat berkecepatan tinggi. Contoh dari mesin ini adalah mesin Rolls-Royce Olypus 593 yang digunakan untuk pesawat Concorde. Versi lain adalah mesin Marine Olympus yang memiliki kekuatan 28.000 hp (daya kuda atau setara dengan 21 MW) yang digunakan untuk menggerakkan kapal perang modern dengan bobot mati 20.000 ton dengan operasi berkecepatan tinggi.
Mesin Turbofan
Mesin Turbofan adalah mesin yang umum dari turunan mesin-mesin turbin gas untuk menggerakkan pesawat terbang baik komersial maupun pesawat tempur. Mesin ini sebenarnya adalah sebuah mesin by-pass dimana sebagian dari udara dipadatkan dan disalurkan ke ruang pembakaran, sementara sisanya dengan kepadatan rendah disalurkan sekeliling bagian luar ruang pembakaran. Sekaligus udara tersebut berfungsi untuk mendinginkan suhu ruang pembakaran.
Udara yang di by-pass ini ada yang dicampur dengan udara panas pembakaran pada turbin bagian belakang seperti pada mesin Rolls-Royce Spey yang digunakan pada pesawat Fokker F-28. Ada pula yang disalurkan dengan pipa-pipa halus ke atmosfer. Mesin yang menggunakan type ini contohnya adalah mesin RB211 yang digunakan pada pesawat Boeing B 747 danGE CF6-80C2 yang digunakan pada pesawat DC-10 serta P &W JT 9D.
Beberapa mesin yang menggunakan jenis mesin turbofan adalah Rolls-Royce Tay pada pesawat Fokker F-100 (yang dijuluki mesin fanjet), mesin Adour Mk871 yang digunakan pada pesawat tempur type Hawk Mk 100 dan Hawk Mk 200, pesawat tempur Jaguar dan Mitsubishi F-1 yang digunakan AU Jepang.
Kemudian mesin high by-pass turbofan yang diterapkan pada mesin CFM56-5C2 yang dipakai oleh pesawat Airbus A340 dan mesin CFM56-3 yang dipakai pada Boeing B-737 serie 300, 400 dan 500 yang merupakan produk bersama antara GE dengan SNECMA dari Perancis.
Pada pesawat militer, mesin turbofan yang diterapkan antara lain adalah mesin TF39-1C yang dipakai pada pesawat angkut raksasa C-5 Galaxy, kemudian GE F110 yang dipakai padaF-16, GE F118 yang bertype non-augmented turbofan yang diterapkan pada pesawat pembom stealth Northrop-Grumman B-2 dan pembom B-1 dengan mesin non augmented turbofanGE F101.
Mesin Turboprop
Mesin Turboprop adalah mesin turbojet dengan turbin tambahan yang dirancang sedemikian rupa untuk menyerap semburan sisa bahan bakar yang sebelumnya menggerakkan kompresor. Pada prakteknya selalu ada sisa semburan gas dan sisa inilah yang dipakai untuk mengerakkan turbin yang dihubungkan ke reduction gear, biasanya terletak di bagian mesin, memutar baling-baling.
Jenis mesin ini irit bahan bakar untuk pesawat berkecepatan rendah/sedang dan terbang rendah (400 mil per jam/30.000 kaki). Melalui teknologi maju, selain irit juga menghasilkan tingkat kebisingan yang rendah dan mampu meluncurkan pesawat degnan kecepatan 400 mil per jam.
Contoh mesin turboprop yang populer adalah mesin Rolls-Royce Dart yang dipakai pada pesawat Britih Aerospace atau BAe (dulu Hawker Siddeley) HS-748 dan Fokker F-27. Kemudian mesin Rolls-Royce Tyne yang digunakan pada pesawat jenis Transall C-160 dan BAe Vanguard.
Mesin jenis ini tenaganya diukur dengan total equivalent horsepower (tehp) atau kilowatt(kW)-shaft horsepower (shp) plus sisa daya dorong. Sebagai contoh, mesin Tyne dengan take-off power 4.985 tehp (3.720 kW) sampai 6.100 tehp (4.550 kW) merupakan mesin turpboprop yang paling kuat dan irit bahan bakar.
Mesin Turboshaft
Mesin Turboshaft sebenarnya adalah mesin turboprop tanpa baling-baling. Power turbin-nya dihubungkan langsung dengan reduction gearbox atau ke sebuah shaft (sumbu) sehingga tenaganya diukur dalam shaft horsepower (shp) atau kilowatt (kW).
Jenis mesin ini umumnya digunakan untuk menggerakkan helikopter, yakni menggerakan rotor utama maupun rotor ekor (tail rotor) selain itu juga digunakan dalam sektor industri dan maritim termask untuk pembangkit listrik, stasiun pompa gas dan minyak, hovercraft, dan kapal.
Contoh mesin ini adalah GEM/RR 1004 bertenaga 900 shp yang diterapkan pada helikopter type Lynx dan mesin Gnome 1.660 shp (1.238 kW) pada helikopter Sea King. Sedangkan versi Industri lain adalah mesin pembangkit listrik 25-30 MW Rolls-Royce RB211 dengan 35.000-40.000 shp.
Contoh lain adalah mesin GE T64 yang dipakai pada helikopter Sikorsy CH-53, pesawat amfibi Shin Meiwa PS-1, G-222 Aeritalia-pesaing CN-235 dan helikopter Lockheed AH-56A.
Mesin ini menghirup udara dari depan dan mengkompresinya. Udara digabungkan dengan bahan bakar, dan dibakar. Pembakaranmenambah banyak peningkatan energi dari gas yang kemudian dibuang ke belakang mesin. Proses ini mirip dengan siklus empat-gerak, dengan induksi, kompresi, penyalaan, dan pembuangan terjadi secara berkelanjutan. Mesin menghasilkan dorongan karena percepatanudara yang melaluinya; gaya yang sama dan berlawanan yang dihasilkan adalah dorongan bagi mesin.
Mesin jet mengambil massa udara yang relatif sedikit dan mempercepatnya dengan jumlah yang besar, di mana sebuah pendorongmengambil massa udara secara besar dan mempercepatnya dalam jumlah kecil. Pembuangan kecepatan tinggi dari mesin jet membuatnya efisien pada kecepatan tinggi (terutama kecepatan supersonik) dan ketinggian tinggi. Pada pesawat pelan dan yang membutuhkan jarak terbang pendek, pendorong yang menggunakan turbin gas, yang umumnya dikenal sebagai turboprop, lebih umum dan lebih efisien. Pesawat sangat kecil biasanya menggunakan mesin piston untuk menjalankan pendorong tetap turboprop kecil semakin lama semakin kecil dengan berkembangnya teknologi teknik.
Efisiensi pembakaran sebuah mesin jet, seperti mesin pembakaran dalam lainnya, dipengaruhi besar oleh rasio volume udara yang dikompresi dengan volume pembuangan. Dalam mesin turbin kompresi udara dan bentuk "duct" yang melewati ruang pembakaran mencegah aliran balik dari situ dan membuat pembakaran berkelanjutan dimungkinkan dan proses pendorongan.
Mesin turbojet modern modular dalam konsep dan rancangan. Inti penghasilan-tenaga utama, sama dalam seluruh mesin jet, disebut sebagai generator gas. Dan juga modul tambahan lainnya seperti gearset pengurang dorongan (turboprop/turboshaft), kipas lewat, dan "afterburner". Jenis alat tambahan dipasang berdasarkan penggunaan pesawat.
Perkembangan teknologi mesin jet
Mesin jet atau yang juga dikenal sebagai mesin turbin gas juga dikembangkan tidak hanya untuk pesawat terbang tetapi juga untuk kapal dan di darat untuk kendaraan terutama kendaraan berat seperti tank dan mesin-mesin pembangkit listrik dan mesin untuk industri. Ada empat jenis mesin turbojet antara lain mesin turbojet dan turbofan yakni mesin yang tenaganya diperoleh dari reaksi yang didapat dari daya dorong semburan jet-nya. Jenis yang lain adalah turboprop dan turboshaft yang bekerja dengan prinsip lain yakni energi dari gas panasnya digunakan untuk memutar/menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan baling-baling atau dikenal juga dengan sebutan power output shaft.
Mesin rekasi jet sederhana kemudian dikembangkan menjadi twin-spool low by pass ratio turbojet. Kini dari turbojet low by-pass ratio, berkembang menjadi triple-spool front fan high by-pass ratio turbojet atau lebih dikenal sebagai high bypass turbofan dan fanjet. Masih berupa konsep adalah mesin prop-fan dan UDF (unducted fan) dan contra rotating-fan.
Mesin turbojet adalah mesin jet yang paling sederhana, biasanya dipakai untuk pesawat-pesawat berkecepatan tinggi. Contoh dari mesin ini adalah mesin Rolls-Royce Olypus 593 yang digunakan untuk pesawat Concorde. Versi lain adalah mesin Marine Olympus yang memiliki kekuatan 28.000 hp (daya kuda atau setara dengan 21 MW) yang digunakan untuk menggerakkan kapal perang modern dengan bobot mati 20.000 ton dengan operasi berkecepatan tinggi.
Mesin Turbofan
Mesin Turbofan adalah mesin yang umum dari turunan mesin-mesin turbin gas untuk menggerakkan pesawat terbang baik komersial maupun pesawat tempur. Mesin ini sebenarnya adalah sebuah mesin by-pass dimana sebagian dari udara dipadatkan dan disalurkan ke ruang pembakaran, sementara sisanya dengan kepadatan rendah disalurkan sekeliling bagian luar ruang pembakaran. Sekaligus udara tersebut berfungsi untuk mendinginkan suhu ruang pembakaran.
Udara yang di by-pass ini ada yang dicampur dengan udara panas pembakaran pada turbin bagian belakang seperti pada mesin Rolls-Royce Spey yang digunakan pada pesawat Fokker F-28. Ada pula yang disalurkan dengan pipa-pipa halus ke atmosfer. Mesin yang menggunakan type ini contohnya adalah mesin RB211 yang digunakan pada pesawat Boeing B 747 danGE CF6-80C2 yang digunakan pada pesawat DC-10 serta P &W JT 9D.
Beberapa mesin yang menggunakan jenis mesin turbofan adalah Rolls-Royce Tay pada pesawat Fokker F-100 (yang dijuluki mesin fanjet), mesin Adour Mk871 yang digunakan pada pesawat tempur type Hawk Mk 100 dan Hawk Mk 200, pesawat tempur Jaguar dan Mitsubishi F-1 yang digunakan AU Jepang.
Kemudian mesin high by-pass turbofan yang diterapkan pada mesin CFM56-5C2 yang dipakai oleh pesawat Airbus A340 dan mesin CFM56-3 yang dipakai pada Boeing B-737 serie 300, 400 dan 500 yang merupakan produk bersama antara GE dengan SNECMA dari Perancis.
Pada pesawat militer, mesin turbofan yang diterapkan antara lain adalah mesin TF39-1C yang dipakai pada pesawat angkut raksasa C-5 Galaxy, kemudian GE F110 yang dipakai padaF-16, GE F118 yang bertype non-augmented turbofan yang diterapkan pada pesawat pembom stealth Northrop-Grumman B-2 dan pembom B-1 dengan mesin non augmented turbofanGE F101.
Mesin Turboprop
Mesin Turboprop adalah mesin turbojet dengan turbin tambahan yang dirancang sedemikian rupa untuk menyerap semburan sisa bahan bakar yang sebelumnya menggerakkan kompresor. Pada prakteknya selalu ada sisa semburan gas dan sisa inilah yang dipakai untuk mengerakkan turbin yang dihubungkan ke reduction gear, biasanya terletak di bagian mesin, memutar baling-baling.
Jenis mesin ini irit bahan bakar untuk pesawat berkecepatan rendah/sedang dan terbang rendah (400 mil per jam/30.000 kaki). Melalui teknologi maju, selain irit juga menghasilkan tingkat kebisingan yang rendah dan mampu meluncurkan pesawat degnan kecepatan 400 mil per jam.
Contoh mesin turboprop yang populer adalah mesin Rolls-Royce Dart yang dipakai pada pesawat Britih Aerospace atau BAe (dulu Hawker Siddeley) HS-748 dan Fokker F-27. Kemudian mesin Rolls-Royce Tyne yang digunakan pada pesawat jenis Transall C-160 dan BAe Vanguard.
Mesin jenis ini tenaganya diukur dengan total equivalent horsepower (tehp) atau kilowatt(kW)-shaft horsepower (shp) plus sisa daya dorong. Sebagai contoh, mesin Tyne dengan take-off power 4.985 tehp (3.720 kW) sampai 6.100 tehp (4.550 kW) merupakan mesin turpboprop yang paling kuat dan irit bahan bakar.
Mesin Turboshaft
Mesin Turboshaft sebenarnya adalah mesin turboprop tanpa baling-baling. Power turbin-nya dihubungkan langsung dengan reduction gearbox atau ke sebuah shaft (sumbu) sehingga tenaganya diukur dalam shaft horsepower (shp) atau kilowatt (kW).
Jenis mesin ini umumnya digunakan untuk menggerakkan helikopter, yakni menggerakan rotor utama maupun rotor ekor (tail rotor) selain itu juga digunakan dalam sektor industri dan maritim termask untuk pembangkit listrik, stasiun pompa gas dan minyak, hovercraft, dan kapal.
Contoh mesin ini adalah GEM/RR 1004 bertenaga 900 shp yang diterapkan pada helikopter type Lynx dan mesin Gnome 1.660 shp (1.238 kW) pada helikopter Sea King. Sedangkan versi Industri lain adalah mesin pembangkit listrik 25-30 MW Rolls-Royce RB211 dengan 35.000-40.000 shp.
Contoh lain adalah mesin GE T64 yang dipakai pada helikopter Sikorsy CH-53, pesawat amfibi Shin Meiwa PS-1, G-222 Aeritalia-pesaing CN-235 dan helikopter Lockheed AH-56A.
Getaran dan Gelombang
A. Pengertian Getaran
Pernahkah kamu melihat jam dinding yang memakai
bandul? Jarum jam tersebut bergerak akibat adanya gerak
bolak-balik bandul. Gerakan bandul itu disebut getaran.
Marilah kita selidiki apa sebenarnya getaran itu.
Sesaat setelah gaya tarik kamu lepaskan, bandul bergerak
bolak-balik melalui titik setimbang. Gerak seperti ini disebut
getaran. Jadi, getaran adalah gerak bolak-balik melalui titik
setimbang. Satu getaran didefinisikan sebagai satu kali
bergetar penuh, yaitu dari titik awal kembali ke titik tersebut.
B. Ciri-Ciri Suatu Getaran
Getaran merupakan jenis gerak yang mudah kamu jumpai
dalam kehidupan sehari-hari, baik gerak alamiah maupun
buatan manusia. Semua getaran memiliki ciri-ciri tertentu.
Waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu kali
getaran disebut periode getar yang dilambangkan dengan (T).
Banyaknya getaran dalam satu sekon disebut frekuensi (f). Suatu
getaran akan bergerak dengan frekuensi alamiah sendiri.
Hubungan frekuensi dan periode secara matematis
ditulis sebagai berikut.
T =1\f
dengan: T = periode (s)
f = banyaknya getaran per sekon (Hz)
Satuan periode adalah sekon dan satuan frekuensi
adalah getaran per sekon atau disebut juga dengan hertz
(Hz), untuk menghormati seorang fisikawan Jerman yang
berjasa di bidang gelombang, Hendrich Rudolf Hertz. Jadi,
satu hertz sama dengan satu getaran per sekon.
C. Pengertian Gelombang
Pernahkah kamu pergi ke pantai? Tentu sangat
menyenangkan,
bukan? Demikian indahnya ciptaan Tuhan.
Di pantai kamu bisa melihat ombak. Ombak tersebut
terlihat bergelombang dari tengah menuju pantai dan
semakin lama semakin kecil, lalu akhirnya menerpa pesisir
pantai. Jadi, apa sebenarnya ombak itu?
Pernahkah kamu melihat jam dinding yang memakai
bandul? Jarum jam tersebut bergerak akibat adanya gerak
bolak-balik bandul. Gerakan bandul itu disebut getaran.
Marilah kita selidiki apa sebenarnya getaran itu.
Sesaat setelah gaya tarik kamu lepaskan, bandul bergerak
bolak-balik melalui titik setimbang. Gerak seperti ini disebut
getaran. Jadi, getaran adalah gerak bolak-balik melalui titik
setimbang. Satu getaran didefinisikan sebagai satu kali
bergetar penuh, yaitu dari titik awal kembali ke titik tersebut.
B. Ciri-Ciri Suatu Getaran
Getaran merupakan jenis gerak yang mudah kamu jumpai
dalam kehidupan sehari-hari, baik gerak alamiah maupun
buatan manusia. Semua getaran memiliki ciri-ciri tertentu.
Waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu kali
getaran disebut periode getar yang dilambangkan dengan (T).
Banyaknya getaran dalam satu sekon disebut frekuensi (f). Suatu
getaran akan bergerak dengan frekuensi alamiah sendiri.
Hubungan frekuensi dan periode secara matematis
ditulis sebagai berikut.
T =1\f
dengan: T = periode (s)
f = banyaknya getaran per sekon (Hz)
Satuan periode adalah sekon dan satuan frekuensi
adalah getaran per sekon atau disebut juga dengan hertz
(Hz), untuk menghormati seorang fisikawan Jerman yang
berjasa di bidang gelombang, Hendrich Rudolf Hertz. Jadi,
satu hertz sama dengan satu getaran per sekon.
C. Pengertian Gelombang
Pernahkah kamu pergi ke pantai? Tentu sangat
menyenangkan,
bukan? Demikian indahnya ciptaan Tuhan.
Di pantai kamu bisa melihat ombak. Ombak tersebut
terlihat bergelombang dari tengah menuju pantai dan
semakin lama semakin kecil, lalu akhirnya menerpa pesisir
pantai. Jadi, apa sebenarnya ombak itu?
Gelombang adalah getaran yang merambat. Bentuk ideal dari suatu gelombang akan mengikuti gerak sinusoide. Selain radiasi elektromagnetik, dan mungkin radiasi gravitasional, yang bisa berjalan lewat vakum, gelombang juga terdapat pada medium (yang karena perubahan bentuk dapat menghasilkan gaya memulihkan yang lentur) di mana mereka dapat berjalan dan dapat memindahkan energi dari satu tempat kepada lain tanpa mengakibatkan partikel medium berpindah secara permanen; yaitu tidak ada perpindahan secara masal. Malahan, setiap titik khusus berosilasi di sekitar satu posisi tertentu.
D. Gelombang Mekanik
Memerlukan Medium untuk
Merambat
Gelombang merupakan salah satu konsep Fisika yang
sangat penting untuk dipelajari karena banyak sekali gejala
alam yang menggunakan prinsip gelombang. Sebagai
makhluk yang paling pandai, manusia memiliki kewajiban
untuk selalu mempelajari gejala alam ciptaan Tuhan untuk
mengambil manfaat bagi kehidupan manusia. Kamu dapat
berkomunikasi dengan orang lain sebagian besar dengan
memanfaatkan gelombang suara atau gelombang bunyi.
Kamu dapat mendengarkan radio atau menonton televisi
karena adanya gelombang radio.
Berdasarkan medium perambatnya, gelombang dapat
dibedakan menjadi dua bagian, yaitu gelombang mekanik
dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik
adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan
medium, misalnya gelombang tali, gelombang air, dan
gelombang bunyi. Gelombang elektromagnetik adalah
gelombang yang dapat merambat tanpa medium, misalnya
gelombang radio, gelombang cahaya, dan gelombang radar.
Dari kedua jenis gelombang tersebut, yang akan kamu
pelajari adalah gelombang mekanik.
Berdasarkan arah perambatannya, gelombang mekanik
dibedakan menjadi dua jenis, yaitu gelombang transversal
dan gelombang longitudinal.
1. Gelombang Transversal
Pada saat kamu menggetarkan slinki ke arah samping,
ternyata arah rambat gelombangnya ke depan, tegak lurus
arah rambatnya. Gelombang seperti ini disebut gelombang
transversal. Jadi, gelombang transversal adalah gelombang
yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah rambatannya.
Contoh lain dari gelombang transversal adalah
gelombang pada permukaan air, dan semua gelombang
elektromagnetik, seperti gelombang cahaya, gelombang
radio, ataupun gelombang radar.
2. Gelombang Longitudinal
Gelombang transversal merupakan gelombang yang arah
getarnya tegak lurus dengan arah rambatan. Pada saat kamu mendorong slinki searah dengan
panjangnya, gelombang akan merambat ke arah temanmu
berbentuk rapatan dan renggangan. Jika kamu perhatikan,
arah rambat dan arah getarnya ternyata searah. Gelombang
seperti itu disebut gelombang longitudinal. Jadi, gelombang
longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar
dengan arah rambatannya. Gelombang bunyi dan gelombang pada gas yang
ditempatkan di dalam tabung tertutup merupakan contoh
gelombang longitudinal. Pernahkah kamu memompa ban
sepeda atau menggunakan alat suntik mainan? Pada saat
kamu menggunakan pompa, kamu mendorong atau menekan
alat tersebut. Partikel-partikel gas dalam pompa membentuk
pola rapatan dan renggangan sehingga mendorong udara
keluar.
E. Panjang Gelombang
Kamu sudah mengetahui bahwa pola gelombang transversal
berbentuk bukit dan lembah gelombang, sedangkan
pola
gelombang longitudinal berbentuk rapatan dan renggangan.
Panjang satu bukit dan satu lembah atau satu rapatan dan satu
renggangan didefinisikan sebagai panjang satu gelombang.
Pada pembahasan tentang getaran kamu sudah mengetahui
tentang periode getaran. Besaran tersebut identik
dengan periode gelombang. Periode gelombang adalah
waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu panjang
gelombang. Jadi, satu gelombang dapat didefinisikan sebagai
yang ditempuh panjang satu periode. Panjang gelombang
dilambangkan dengan λ (dibaca lamda). Satuan panjang
gelombang dalam SI adalah meter (m).
Marilah kita pelajari panjang gelombang transversal dan
panjang gelombang longitudinal.
1. Panjang Gelombang Transversal
Jika kamu menggerakkan slinki tegak lurus dengan arah
panjangnya, terbentuklah bukit dan lembah gelombang.
Pola tersebut adalah pola gelombang transversal. Bukit gelombang adalah lengkungan a-b-c
sedangkan lembah gelombang adalah lengkungan c-d-e.
Titik b disebut puncak gelombang dan titik d disebut dasar gelombang.
Kedua titik ini disebut juga perut gelombang.
Adapun titik a, c, atau e disebut simpul gelombang. Satu
panjang gelombang transversal terdiri atas satu bukit
dan satu lembah gelombang. Jadi, satu gelombang adalah
lengkungan a-b-c-d-e atau b-c-d-e-f. Satu gelombang sama
dengan jarak dari a ke e atau jarak b ke f.
Amplitudo gelombang adalah jarak b-b’ atau jarak d-d’.
Kamu dapat menyebutkan panjang gelombang yang lain,
yaitu jarak f-j atau jarak i-m.
Amplitudo gelombang adalah jarak b-b’ atau jarak d-d’.
Kamu dapat menyebutkan panjang gelombang yang lain,
yaitu jarak f-j atau jarak i-m. Pada Gambar 12.12 terdiri atas
4 gelombang.
2. Panjang Gelombang Longitudinal
Jika kamu menggerakkan slinki searah dengan
panjangnya dengan cara mendorong dan menariknya,
Satu panjang gelombang adalah jarak antara satu rapatan
dan satu renggangan atau jarak dari ujung renggangan
sampai ke ujung renggangan berikutnya.
F. Cepat Rambat Gelombang
Gelombang yang merambat dari ujung satu ke ujung
yang lain memiliki kecepatan tertentu, dengan menempuh
jarak tertentu dalam waktu tertentu pula. Dengan demikian,
secara matematis, hal itu dituliskan sebagai berikut.
v = s\t
Karena jarak yang ditempuh dalam satu periode (t = T)
adalah sama dengan satu gelombang (s = ) maka:
v = λ\T = f\λ
dengan: v = cepat rambat gelombang (m/s)
T = periode gelombang (s)
λ = panjang gelombang (m)
G. Pemantulan Gelombang
Pada saat kamu berteriak di lereng sebuah bukit, kamu
akan mendengar suaramu kembali setelah beberapa saat.
Hal ini membuktikan bahwa bunyi dapat dipantulkan. Bunyi
merupakan salah satu contoh gelombang mekanik.
salah satu sifat
gelombang adalah dapat dipantulkan. Dalam kehidupan
sehari-hari, kamu sering melihat pemantulan gelombang air
kolam oleh dinding kolam, ataupun gelombang ombak laut
oleh pinggir pantai. Dapat diterimanya gelombang radio dari
stasiun pemancar yang sedemikian jauh juga menunjukkan
bahwa gelombang radio dapat dipantulkan atmosfer bumi.
Tekanan
A Tekanan pada Zat Padat
Kamu telah mengenal gaya sebagai tarikan atau dorongan
pada sebuah benda. Apa pengaruh gaya terhadap permukaan
benda? Apakah yang dimaksud dengan tekanan? Coba kamu
perhatikan uraian di bawah ini!
Pernahkah kamu naik bis atau kereta api? Jika bis atau kereta
api yang kamu tumpangi penuh, terpaksa kamu harus berdiri,
bukan? Nah, ketika kamu berdiri, semakin lama kaki kamu
akan terasa pegal dan sakit. Tahukah kamu apa yang terjadi?
Perhatikan juga kendaraan berat yang digunakan untuk
memperbaiki jalan. Alat berat tersebut digunakan untuk
memadatkan jalan yang sedang diperbaiki sebelum dilapisi
aspal. Mengapa untuk meratakan jalan digunakan alat berat?
Contoh lain, jika kamu pernah melihat unta, kamu akan
mengetahui bahwa telapak kaki unta berbentuk melebar. Apa
gunanya kaki unta berbentuk demikian?
Ketika batang korek api kamu tekan di antara ibu jari dan
telunjukmu, kamu akan merasakan ibu jari dan telunjuk kamu
terasa sakit. Ketika kamu menambah tekanan, rasa sakit pun
semakin bertambah. Akan tetapi, ujung korek api dengan
gumpalan, memberikan tekanan yang relatif kecil daripada
ujung satunya.
Ketika kamu menambah gaya jepit pada kedua ujung korek
api, kamu akan merasakan tekanan dari kedua ujung korek api
pun semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa besarnya
tekanan berbanding lurus dengan gaya yang bekerja. Ada
korelasi positif antara tekanan dan gaya.
Jadi, tekanan yang terjadi akibat adanya gaya terhadap bidang
sentuh dituliskan sebagai berikut.
P= F\A
Keterangan:
P = tekanan (N/m2)
F = gaya (N)
A = luas bidang sentuh gaya (m2)
Pada penjelasan di awal, diberikan beberapa contoh
penerapan konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut
ini diberikan contoh lain penerapan konsep tekanan.
1. Kapak
Mata kapak dibuat tajam untuk memperbesar tekanan
sehingga memudahkan tukang kayu dalam memotong atau
membelah kayu. Orang yang memotong kayu dengan kapak
yang tajam akan lebih sedikit mengeluarkan tenaganya daripada
jika ia menggunakan kapak yang tumpul dengan gaya yang
sama. Jadi, kapak yang baik adalah kapak yang mempunyai
luas permukaan bidang yang kecil. Dalam bahasa sehari-hari
luas permukaan kapak yang kecil disebut tajam. Coba, sebutkan
alat-alat lain yang mempunyai prinsip kerja seperti kapak!
2. Sirip Ikan
Sirip ikan yang lebar memungkinkan ikan bergerak dalam
air karena memperoleh gaya dorong dari gerakan siripnya yang
lebar. Sirip ini memberikan tekanan yang besar ke air ketika
sirip tersebut digerakkan. Akibatnya, ikan memperoleh gaya
dorong air sebagai reaksinya.
3. Sepatu Salju
Orang-orang yang hidup di daerah bersalju secara langsung
atau tidak telah memanfaatkan konsep tekanan. Mereka
membuat sepatu salju yang luas alasnya besar sehingga mampu
memperkecil tekanan berat tubuhnya pada salju. Hal ini
mempermudah mereka berjalan di atas salju.
B Tekanan Zat Cair
Pada pembahasan sebelumnya, kamu telah mempelajari
konsep tekanan pada benda padat. Ketika kamu menjepit
sebatang korek api pada kedua ujungnya, tekanan akan
disebarkan pada luas bidang sentuh jari tanganmu dan ujung
korek api. Sebagai akibatnya kamu merasakan tekanan tersebut.
Konsep tekanan juga berlaku pada zat cair yang akan kamu
pelajari berikut ini.
1. Hukum Pascal
Sebuah kotak pejal kecil mengapung di dalam air.
Ukuran kotak tersebut sangat kecil sehingga
pengaruh gaya gravitasi dapat diabaikan. Kotak tersebut akan
mengalami tekanan oleh air dari segala arah yang diwakili oleh
arah anak panah. Besar tekanan air dari segala arah adalah sama.
Zat cair dapat memberikan tekanan walaupun zat cair tersebut
diam di suatu tempat.
Besarnya tekanan hidrostatis dirumuskan sebagai berikut.
P = ρ × g × h ...... (8.2) Keterangan:
P = tekanan hidrostatis (N/m2)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman (m)
2. Aplikasi Hukum Pascal
Peralatan-peralatan yang menggunakan prinsip kerja
Hukum Pascal antara lain dijelaskan sebagai berikut.
a. Dongkrak Hidrolik
Pernahkah kamu melihat orang mengganti ban mobil?
Bagian badan mobil yang akan diganti bannya harus diganjal
supaya badan mobil tidak miring. Untuk melakukan itu,
digunakan dongkrak hidrolik.
skema dongkrak hidrolik yang terdiri atas:
1) dua bejana yang berhubungan terbuat dari bahan yang
kuat misalnya besi
2) penghisap kecil dan penghisap besar
3) minyak pengisi bejana
Tekanan ini sama dengan tekanan yang diterima pengisap
besar A2. (Ingat Hukum Pascal)
P1 = P2 ⇔ F1\A1 = F2\A2
⇔ F2 = A2\A1 x F1
Keterangan:
F1 = gaya pada penghisap kecil (N)
F2 = gaya pada penghisap besar (N)
A1 = luas penampang pengisap kecil (m2)
A2 = luas penampang pengisap besar (m2)
b. Rem Hidrolik
Tak terbayangkan jika sistem rem pada mobil tidak
menggunakan Hukum Pascal. Pengendara mobil akan memerlukan
tenaga besar untuk menghentikan laju mobilnya.
Akan tetapi, dengan menerapkan Hukum Pascal pada sistem
rem mobil, pengemudi hanya perlu memberikan gaya kecil
untuk mengurangi laju kendaraannya. Gaya ini berupa
injakan kaki pada pedal rem.
Gaya diberikan pengemudi pada pedal rem. Gaya ini
diteruskan oleh minyak melalui pipa sehingga memberikan
gaya yang lebih besar pada rem yang terdapat di ban mobil.
Dengan demikian, laju mobil dapat dikurangi.
c. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil
sebuah mesin hidrolik
pengangkat mobil yang digunakan di tempat pencucian
mobil. Secara umum, cara kerja mesin hidrolik tersebut sama
dengan dongkrak hidrolik.
d. Pompa Sepeda
Pernahkah kamu memompa ban sepeda? Apakah kamu
mengeluarkan banyak tenaga untuk melakukannya? Jika
kamu merasa kelelahan, dapat dipastikan bahwa kamu
menggunakan pompa yang tidak memanfaatkan sistem Pascal.
Ada dua jenis pompa sepeda, yaitu pompa biasa dan
pompa hidrolik. Kamu akan lebih mudah memompa ban
sepedamu menggunakan pompa hidrolik karena sedikit
mengeluarkan tenaga.
e. Mesin Pengepres Kapas (Kempa)
Mesin ini digunakan untuk mengepres kapas dari perkebunan
sehingga mempunyai ukuran yang cocok untuk
disimpan atau didistribusikan. Cara kerja alat ini adalah
sebagai berikut. Gaya tekan dihasilkan oleh pompa yang
menekan pengisap kecil. Akibat gaya ini, pengisap besar
bergerak ke atas dan mendorong kapas. Akibatnya, kapas
akan termampatkan.
2. Bejana Berhubungan
Pernahkah kamu berpikir mengapa air sumur tidak
pernah kering walaupun setiap saat kamu pompa airnya.
Apabila kamu perhatikan dasar kolam, laut, atau danau tidak
rata. Ada bagian yang dalam, ada yang dangkal, dan ada
pula yang curam seperti palung laut. Namun, bagaimanakah
permukaan airnya? Tuhan menciptakan permukaan air
selalu rata.
Adapun alat-alat yang menggunakan prinsip bejana
berhubungan di antaranya sebagai berikut.
a. Cerek
Cerek adalah alat untuk memudahkan ketika menumpahkan
air minum pada gelas. Ketika cerek dimiringkan,
permukaan air di dalam cerek selalu rata sehingga memudahkan
air keluar dari corong sesuai dengan kemiringannya.
Oleh karena itu, kamu dapat mengatur keluarnya air dari
dalam cerek.
b. Penyipat Datar
Pernahkah kamu perhatikan seorang tukang bangunan
yang sedang mengukur ketinggian suatu tempat, tetapi
permukaan tanahnya tidak rata atau cukup jauh? Alat apakah
yang mereka gunakan? Tentu mereka tidak menggunakan
mistar atau meteran untuk mengukurnya karena dengan
menggunakan alat tersebut akan menyulitkan. Tukang
bangunan biasanya menggunakan alat sederhana yang
terbuat dari selang plastik yang diisi air. Alat itu disebut
penyipat datar. Penyipat datar yang dibuat pabrik disebut
water pass. Penyipat datar sederhana digunakan dengan cara
menempatkan permukaan air dari satu ujung dengan
tinggi yang telah ditentukan, sedangkan ujung yang lain
diturun-naikkan sehingga permukaan airnya tetap. Apabila
permukaan airnya sudah diam, berarti ketinggian kedua
tempat tersebut sama.
c. Sumur
Keberadaan air di dalam sumur pompa ataupun sumur
tradisional disebabkan oleh berlakunya prinsip bejana
berhubungan. Oleh karena itu, sumur harus berada di bawah
permukaan air tanah supaya airnya tidak pernah kering.
Prinsip bejana berhubungan tidak berlaku pada bejana yang
pipanya sempit atau pipa kapiler.
3. Hukum Archimedes
Apabila kamu berdiri di dalam kolam renang yang
sedang diisi air, semakin penuh air kolam tersebut kamu
akan merasa seolah-olah badanmu semakin ringan. Bahkan
apabila air kolam sudah sampai kepala, kamu dapat terapung.
Prinsip ini biasa juga digunakan agar kapal laut terapung di
permukaan air.
Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, ternyata
beratnya seolah-olah berkurang. Hal ini terlihat dari penunjukkan
neraca pegas yang lebih kecil. Peristiwa ini tentu bukan
berarti ada massa benda yang hilang, namun disebabkan oleh
suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan
dengan arah berat benda. Gaya apakah itu?
Seorang ahli Fisika yang bernama Archimedes mempelajari
hal ini dengan cara memasukkan dirinya pada bak
mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil yang sama dengan
hasil percobaanmu, yakni beratnya menjadi lebih ringan
ketika di dalam air. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya
ke atas (FA). Apabila kamu lihat hasil percobaanmu, ternyata
gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi
dengan berat benda di dalam air.
FA= wu–wa (11–8)
dengan: FA = gaya apung atau gaya ke atas (N)
wu = gaya berat benda di udara (N)
wa = gaya berat benda di dalam air (N)
Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya
air yang didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air
yang didesak maka semakin besar pula gaya apungnya.
Hasil penemuannya dikenal dengan Hukum Archimedes
yang menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke
dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan
mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama
dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh
benda tersebut. Secara matematis ditulis sebagai berikut.
Kamu telah mengenal gaya sebagai tarikan atau dorongan
pada sebuah benda. Apa pengaruh gaya terhadap permukaan
benda? Apakah yang dimaksud dengan tekanan? Coba kamu
perhatikan uraian di bawah ini!
Pernahkah kamu naik bis atau kereta api? Jika bis atau kereta
api yang kamu tumpangi penuh, terpaksa kamu harus berdiri,
bukan? Nah, ketika kamu berdiri, semakin lama kaki kamu
akan terasa pegal dan sakit. Tahukah kamu apa yang terjadi?
Perhatikan juga kendaraan berat yang digunakan untuk
memperbaiki jalan. Alat berat tersebut digunakan untuk
memadatkan jalan yang sedang diperbaiki sebelum dilapisi
aspal. Mengapa untuk meratakan jalan digunakan alat berat?
Contoh lain, jika kamu pernah melihat unta, kamu akan
mengetahui bahwa telapak kaki unta berbentuk melebar. Apa
gunanya kaki unta berbentuk demikian?
Ketika batang korek api kamu tekan di antara ibu jari dan
telunjukmu, kamu akan merasakan ibu jari dan telunjuk kamu
terasa sakit. Ketika kamu menambah tekanan, rasa sakit pun
semakin bertambah. Akan tetapi, ujung korek api dengan
gumpalan, memberikan tekanan yang relatif kecil daripada
ujung satunya.
Ketika kamu menambah gaya jepit pada kedua ujung korek
api, kamu akan merasakan tekanan dari kedua ujung korek api
pun semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa besarnya
tekanan berbanding lurus dengan gaya yang bekerja. Ada
korelasi positif antara tekanan dan gaya.
Jadi, tekanan yang terjadi akibat adanya gaya terhadap bidang
sentuh dituliskan sebagai berikut.
P= F\A
Keterangan:
P = tekanan (N/m2)
F = gaya (N)
A = luas bidang sentuh gaya (m2)
Pada penjelasan di awal, diberikan beberapa contoh
penerapan konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut
ini diberikan contoh lain penerapan konsep tekanan.
1. Kapak
Mata kapak dibuat tajam untuk memperbesar tekanan
sehingga memudahkan tukang kayu dalam memotong atau
membelah kayu. Orang yang memotong kayu dengan kapak
yang tajam akan lebih sedikit mengeluarkan tenaganya daripada
jika ia menggunakan kapak yang tumpul dengan gaya yang
sama. Jadi, kapak yang baik adalah kapak yang mempunyai
luas permukaan bidang yang kecil. Dalam bahasa sehari-hari
luas permukaan kapak yang kecil disebut tajam. Coba, sebutkan
alat-alat lain yang mempunyai prinsip kerja seperti kapak!
2. Sirip Ikan
Sirip ikan yang lebar memungkinkan ikan bergerak dalam
air karena memperoleh gaya dorong dari gerakan siripnya yang
lebar. Sirip ini memberikan tekanan yang besar ke air ketika
sirip tersebut digerakkan. Akibatnya, ikan memperoleh gaya
dorong air sebagai reaksinya.
3. Sepatu Salju
Orang-orang yang hidup di daerah bersalju secara langsung
atau tidak telah memanfaatkan konsep tekanan. Mereka
membuat sepatu salju yang luas alasnya besar sehingga mampu
memperkecil tekanan berat tubuhnya pada salju. Hal ini
mempermudah mereka berjalan di atas salju.
B Tekanan Zat Cair
Pada pembahasan sebelumnya, kamu telah mempelajari
konsep tekanan pada benda padat. Ketika kamu menjepit
sebatang korek api pada kedua ujungnya, tekanan akan
disebarkan pada luas bidang sentuh jari tanganmu dan ujung
korek api. Sebagai akibatnya kamu merasakan tekanan tersebut.
Konsep tekanan juga berlaku pada zat cair yang akan kamu
pelajari berikut ini.
1. Hukum Pascal
Sebuah kotak pejal kecil mengapung di dalam air.
Ukuran kotak tersebut sangat kecil sehingga
pengaruh gaya gravitasi dapat diabaikan. Kotak tersebut akan
mengalami tekanan oleh air dari segala arah yang diwakili oleh
arah anak panah. Besar tekanan air dari segala arah adalah sama.
Zat cair dapat memberikan tekanan walaupun zat cair tersebut
diam di suatu tempat.
Besarnya tekanan hidrostatis dirumuskan sebagai berikut.
P = ρ × g × h ...... (8.2) Keterangan:
P = tekanan hidrostatis (N/m2)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman (m)
2. Aplikasi Hukum Pascal
Peralatan-peralatan yang menggunakan prinsip kerja
Hukum Pascal antara lain dijelaskan sebagai berikut.
a. Dongkrak Hidrolik
Pernahkah kamu melihat orang mengganti ban mobil?
Bagian badan mobil yang akan diganti bannya harus diganjal
supaya badan mobil tidak miring. Untuk melakukan itu,
digunakan dongkrak hidrolik.
skema dongkrak hidrolik yang terdiri atas:
1) dua bejana yang berhubungan terbuat dari bahan yang
kuat misalnya besi
2) penghisap kecil dan penghisap besar
3) minyak pengisi bejana
Tekanan ini sama dengan tekanan yang diterima pengisap
besar A2. (Ingat Hukum Pascal)
P1 = P2 ⇔ F1\A1 = F2\A2
⇔ F2 = A2\A1 x F1
Keterangan:
F1 = gaya pada penghisap kecil (N)
F2 = gaya pada penghisap besar (N)
A1 = luas penampang pengisap kecil (m2)
A2 = luas penampang pengisap besar (m2)
b. Rem Hidrolik
Tak terbayangkan jika sistem rem pada mobil tidak
menggunakan Hukum Pascal. Pengendara mobil akan memerlukan
tenaga besar untuk menghentikan laju mobilnya.
Akan tetapi, dengan menerapkan Hukum Pascal pada sistem
rem mobil, pengemudi hanya perlu memberikan gaya kecil
untuk mengurangi laju kendaraannya. Gaya ini berupa
injakan kaki pada pedal rem.
Gaya diberikan pengemudi pada pedal rem. Gaya ini
diteruskan oleh minyak melalui pipa sehingga memberikan
gaya yang lebih besar pada rem yang terdapat di ban mobil.
Dengan demikian, laju mobil dapat dikurangi.
c. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil
sebuah mesin hidrolik
pengangkat mobil yang digunakan di tempat pencucian
mobil. Secara umum, cara kerja mesin hidrolik tersebut sama
dengan dongkrak hidrolik.
d. Pompa Sepeda
Pernahkah kamu memompa ban sepeda? Apakah kamu
mengeluarkan banyak tenaga untuk melakukannya? Jika
kamu merasa kelelahan, dapat dipastikan bahwa kamu
menggunakan pompa yang tidak memanfaatkan sistem Pascal.
Ada dua jenis pompa sepeda, yaitu pompa biasa dan
pompa hidrolik. Kamu akan lebih mudah memompa ban
sepedamu menggunakan pompa hidrolik karena sedikit
mengeluarkan tenaga.
e. Mesin Pengepres Kapas (Kempa)
Mesin ini digunakan untuk mengepres kapas dari perkebunan
sehingga mempunyai ukuran yang cocok untuk
disimpan atau didistribusikan. Cara kerja alat ini adalah
sebagai berikut. Gaya tekan dihasilkan oleh pompa yang
menekan pengisap kecil. Akibat gaya ini, pengisap besar
bergerak ke atas dan mendorong kapas. Akibatnya, kapas
akan termampatkan.
2. Bejana Berhubungan
Pernahkah kamu berpikir mengapa air sumur tidak
pernah kering walaupun setiap saat kamu pompa airnya.
Apabila kamu perhatikan dasar kolam, laut, atau danau tidak
rata. Ada bagian yang dalam, ada yang dangkal, dan ada
pula yang curam seperti palung laut. Namun, bagaimanakah
permukaan airnya? Tuhan menciptakan permukaan air
selalu rata.
Adapun alat-alat yang menggunakan prinsip bejana
berhubungan di antaranya sebagai berikut.
a. Cerek
Cerek adalah alat untuk memudahkan ketika menumpahkan
air minum pada gelas. Ketika cerek dimiringkan,
permukaan air di dalam cerek selalu rata sehingga memudahkan
air keluar dari corong sesuai dengan kemiringannya.
Oleh karena itu, kamu dapat mengatur keluarnya air dari
dalam cerek.
b. Penyipat Datar
Pernahkah kamu perhatikan seorang tukang bangunan
yang sedang mengukur ketinggian suatu tempat, tetapi
permukaan tanahnya tidak rata atau cukup jauh? Alat apakah
yang mereka gunakan? Tentu mereka tidak menggunakan
mistar atau meteran untuk mengukurnya karena dengan
menggunakan alat tersebut akan menyulitkan. Tukang
bangunan biasanya menggunakan alat sederhana yang
terbuat dari selang plastik yang diisi air. Alat itu disebut
penyipat datar. Penyipat datar yang dibuat pabrik disebut
water pass. Penyipat datar sederhana digunakan dengan cara
menempatkan permukaan air dari satu ujung dengan
tinggi yang telah ditentukan, sedangkan ujung yang lain
diturun-naikkan sehingga permukaan airnya tetap. Apabila
permukaan airnya sudah diam, berarti ketinggian kedua
tempat tersebut sama.
c. Sumur
Keberadaan air di dalam sumur pompa ataupun sumur
tradisional disebabkan oleh berlakunya prinsip bejana
berhubungan. Oleh karena itu, sumur harus berada di bawah
permukaan air tanah supaya airnya tidak pernah kering.
Prinsip bejana berhubungan tidak berlaku pada bejana yang
pipanya sempit atau pipa kapiler.
3. Hukum Archimedes
Apabila kamu berdiri di dalam kolam renang yang
sedang diisi air, semakin penuh air kolam tersebut kamu
akan merasa seolah-olah badanmu semakin ringan. Bahkan
apabila air kolam sudah sampai kepala, kamu dapat terapung.
Prinsip ini biasa juga digunakan agar kapal laut terapung di
permukaan air.
Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, ternyata
beratnya seolah-olah berkurang. Hal ini terlihat dari penunjukkan
neraca pegas yang lebih kecil. Peristiwa ini tentu bukan
berarti ada massa benda yang hilang, namun disebabkan oleh
suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan
dengan arah berat benda. Gaya apakah itu?
Seorang ahli Fisika yang bernama Archimedes mempelajari
hal ini dengan cara memasukkan dirinya pada bak
mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil yang sama dengan
hasil percobaanmu, yakni beratnya menjadi lebih ringan
ketika di dalam air. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya
ke atas (FA). Apabila kamu lihat hasil percobaanmu, ternyata
gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi
dengan berat benda di dalam air.
FA= wu–wa (11–8)
dengan: FA = gaya apung atau gaya ke atas (N)
wu = gaya berat benda di udara (N)
wa = gaya berat benda di dalam air (N)
Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya
air yang didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air
yang didesak maka semakin besar pula gaya apungnya.
Hasil penemuannya dikenal dengan Hukum Archimedes
yang menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke
dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan
mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama
dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh
benda tersebut. Secara matematis ditulis sebagai berikut.
FA = wf (11–9)
Karena
wf = mf g
dan
mf = f V
maka
wf = f Vg (11–10)
dengan: FA = gaya
Pf = massa
V = volume zat cair yang didesak atau volume benda yang tercelup (m3)
g = konstanta gravitasi atau percepatan gravitasi (m/s2)
a. Kapal Selam
Kapal selam adalah kapal laut yang dapat berada dalam
tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam.
Ketiga keadaan ini dapat dicapai dengan cara mengatur
banyaknya air dan udara dalam badan kapal selam.
Pada badan kapal selam terdapat bagian yang dapat diisi
udara dan air. Ketika kapal selam ingin terapung maka bagian
tersebut harus berisi udara. Ketika akan melayang, udaranya
dikeluarkan dan diisi dengan air sehingga mencapai keadaan
melayang. Jika ingin tenggelam maka airnya harus lebih
diperbanyak lagi.
b. Hidrometer
Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis
zat cair. Biasanya alat ini digunakan oleh usaha setrum
accu. Untuk mengetahui bahwa air accu itu sudah tidak
bisa digunakan maka harus diukur dengan hidrometer. Cara
menggunakan alat ini adalah dengan mencelupkannya pada
zat cair yang akan diukur massa jenisnya. Kemudian, dilihat
skala permukaan zat cair dan nilai itulah yang merupakan
nilai massa jenis dari zat cair tersebut.
c. Jembatan Ponton
Di pelabuhan kamu dapat melihat jembatan yang terbuat
dari drum-drum besar yang mengapung di atas air. Jembatan
ini disebut jembatan ponton. Drum-drum itu biasanya terbuat
dari besi dan di dalamnya diisi dengan udara sehingga massa
jenisnya lebih kecil dari massa jenis zat cair.
d. Balon Udara
Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes
di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang massa
jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer sehingga
balon udara dapat terbang karena mendapat gaya ke atas,
misalnya diisi udara yang dipanaskan.
D. Tekanan Udara
Tuhan Yang Mahakuasa telah menciptakan langit
sebagai "atap yang terpelihara" yang disebut atmosfer.
Atmosfer ini diciptakan Tuhan dengan sesempurna mungkin
sehingga dapat menjaga dari seluruh kemungkinan yang
dapat merusak bumi yang kamu cintai ini. Misalnya,
meteor-meteor yang jatuh ke bumi akan hangus terbakar
digesek oleh lapisan atmosfer, angin matahari yang sangat
berbahaya bagi manusia dibelokkan oleh medan magnet
bumi serta radiasi ultraviolet yang juga berbahaya sebagian
diserap oleh atmosfer sehingga kadarnya jadi bermanfaat
bagi manusia. Dengan kata lain, atmosfer atau disebut juga
udara diciptakan khusus untuk kehidupan manusia.
Atmosfer memiliki tekanan seperti halnya zat cair.
Tekanan udara sangat memengaruhi cuaca. Terjadinya angin
merupakan salah satu hal yang disebabkan oleh perbedaan
tekanan atmosfer di dua daerah yang berdekatan. Angin
bersifat meratakan tekanan udara. Semakin besar perbedaan
tekanan udaranya, semakin kencang angin yang berhembus
sehingga terjadi keseimbangan tekanan. Perbedaan tekanan
ini dipicu oleh perbedaan suhu akibat pemanasan sinar
matahari.
1. Ketinggian Memengaruhi
Tekanan Atmosfer
Setiap zat memiliki berat, termasuk udara, namun berat
udara sangatlah ringan dibandingkan dengan zat-zat yang
lain. Kamu sudah mengetahui bahwa tekanan hidrostatis
disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri, begitupun halnya
dengan tekanan udara. Tekanan udara (tekanan atmosfer)
disebabkan oleh berat udara yang menekan lapisan atmosfer
bagian bawah sampai ke ketinggian tertentu. Tekanan
atmosfer dapat dimisalkan dengan tekanan zat cair. Semakin
dalam suatu zat cair maka semakin besar tekanannya, begitu
pula tekanan atmosfer. Mulai dari bagian atas atmosfer
bumi hingga ke bawah akan semakin besar sehingga
beratnya semakin besar. Dengan kata lain, semakin rendah
permukaannya, semakin besar tekanan udaranya. Sebaliknya,
semakin tinggi permukaan bumi akan semakin rendah
tekanan udaranya. Tekanan udara dipermukaan laut sama dengan satu atmosfer (1 atm = 76 cmHg).
Setiap kenaikan 100 m, tekanan udara berkurang sebesar 1 cmHg. Berikut
ini data hasil perhitungan tekanan udara berdasarkan
ketinggiannya.
2. Alat Ukur Tekanan
Bagaimanakah cara mengukur tekanan seperti
didapatkan pada Tabel 11.1? Apakah alat ukur yang
digunakan? Pada abad ke-17 seorang ilmuwan berkebangsaan
Italia bernama Evangelista Torricelli (1608–1647) mencoba
mengukur tekanan udara. Karena keuletannya, dia berhasil
melakukan percobaan untuk membuktikan tekanan udara
dengan memperkenalkan alat pengukur tekanan yang
disebut barometer pertama yang sangat sederhana. Alatnya
hanya menggunakan sebuah pipa kaca yang panjangnya
1 meter dengan salah satu ujungnya tertutup dan raksa.
Torricelli melakukan percobaan di daerah pantai pada
ketinggian permukaan laut. Caranya, pipa kaca diisi dengan
air raksa sampai penuh, kemudian pipa yang terbuka tersebut
dimasukkan ke dalam bejana berisi raksa.
Alat untuk mengukur tekanan udara disebut Barometer.
Barometer banyak jenisnya, salah satunya sudah dibahas
di atas, yaitu Barometer Torricelli. Barometer Torricelli
tentu tidak praktis karena kamu harus membawa alat yang
tingginya 1 meter dengan raksa yang sangat berbahaya
apabila uapnya terisap olehmu. Hal ini disebabkan massa
jenis uap raksa sangat berat sehingga apabila terisap ke
paru-paru sulit untuk keluar lagi. Oleh sebab itu, para ahli
berusaha membuat alat pengukur tekanan udara yang
praktis, di antaranya adalah sebagai berikut.
a. Barometer Fortin
Barometer raksa disebut barometer Fortin karena
yang pertama membuatnya adalah seorang ahli Fisika
berkebangsaan Prancis Nicolas Fortin walaupun yang kali
pertama menemukannya Torricelli. Barometer ini dapat
mengukur dengan teliti karena dilengkapi dengan skala
nonius atau skala vernier seperti halnya dalam jangka sorong.
Ketelitian alat ukur ini mencapai 0,01 cmHg. Barometer ini
cukup panjang seperti halnya barometer Torricelli sehingga
sulit untuk dibawa-bawa.
b. Barometer Logam
Barometer logam disebut barometer aneroid. Barometer
ini banyak digunakan di Badan Meteorologi dan Geofisika untuk
memperkirakan cuaca dengan mengukur tekanan udaranya.
Barometer logam biasa juga disebut barometer kering.
Barometer logam lebih praktis untuk dibawa-bawa dan
skalanya mudah dibaca karena berbentuk lingkaran. Bagian
utama dari barometer ini adalah sebuah kotak logam kecil
berisi udara dengan tekanan yang sangat rendah. Permukaan
kotak dibuat bergelombang agar lebih mudah melentur di
bagian tengahnya. Jika tekanan bertambah, bagian atas dan
bawah kotak mengempis sehingga menekan kotak logam
yang berisi udara. Akibatnya, tekanannya naik dan akan
menggerakkan tuas yang menarik rantai kiri sehingga jarum
penunjuk barometer akan menyimpang ke kanan dengan
menunjukkan angka tertentu.
Langganan:
Postingan (Atom)
