MATERI FISIKA~ RELATIVITAS

RELATIVITAS

TEORI RELATIVITAS EINSTEIN

Dengan tiadanya teori eter di alam semesta ini Einstein pada tahun 1905 mengumumkan teori relativitas yang terbagi atas dua bagian :

•      Teori Relativitas khusus, yang menyangkut benda – benda yang bergerak beraturan relative terhadap benda – banda lain
•     Teori relativitas umum, yang menyangkut benda – benda yang bergerak dipepe rcepat relative terhadap benda – benda lain

Teori Relativitas Khusus berdasarkan dua postulat yaitu :

• v  Postulat pertama                                                    

Hukum – hokum fisika boleh dinyatakan dengan susunan persamaan yang sama untuk semua 

Contoh :

Dua percobaan yang sama dilakukan masing – masing di atas kapal dan di daratan. Percobaan – percobaan itu akan memberikan hasil yang sama dan tidak bergantung pada kerangka acuan (kapal) dan kerangka acuan yang diam (daratan).

• v  Postulat ke dua :

Kecepatan  cahaya di dalam ruang hampa untuk semua pengamat samadan tidak tergantung pada gerak sumber cahaya ataupun pengamatnya.

Contoh :

Kecepatan cahaya di alam semesta dalam segala arah selalu sama. Tidak ada kecepatan relative untuk cahaya dalam ruang hampa. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah suatu tetapan universal.

 RELATIVITAS KECEPATAN BENDA

      Pengamatan terhadap orang yang berjalan di dalam gerbong kereta sesuai aturan Newton dapat dituliskan dengan : jika kecepatan benda A terhadap benda B dinyatakan dengan VAB dan kecepatan benda B terhadap  benda C = VBC , maka kecepatan benda A terhadap benda benda C dinyatakan dalam bentuk rumus :

V_AC = V_AB + V_BC

Sedangkan menurut aturan Einstein , kecepatan benda A terhadap benda C dinyatakan dalam bentuk rumus :

Untuk benda – benda dengan kecepatan yang jauh di bawah kecepatan cahaya kedua aturan ini memberikan hasil perhitungan yang sama. Tetapi utnuk benda – benda yang mempunyai kecepatan mendekati kecepatan cahaya aturan Einstein menunjukkan keunggulan.

DILATASI WAKTU

Menurut Einstein bahwa waktu adalah sesuatu yang relative. Di dalam suatu kerangka acuan yang bergerak terhadap seorang pengamat yang diamterdapat lonceng yang menunjukkan selang waktu ∆to. Selang waktu yang diamati oleh pengamat tersebut adalah  ∆t lebih lamat dari pada ∆to. Beda waktu yang merupakan perpanjangan waktu pengamatan  bagi pengamat diamdisebut dilatasi waktu. Menurut Einstein hubungan antara kedua selang waktu itu dirumuskan dengan :

 = Selang waktu yang diukur oleh pengamat yang relative bergerak (s)

 

      =Selang waktu yang diukur oleh pengamat yang relative diam (s)

v = kecepatan relative pengmat yang bergerak terhadap pengamat yang diam (m/s)

c = kecepatan cahaya ( 3 x 10⁸ m / s)

MASA REALATIF ISTIK

Untuk gerakan – gerakan benda dengan kecepatan relative kecil tidak terjadi perubahan massa. Perubahan itu baru tampak jika kecepatannya mendekati kecepatan cahaya. Oleh Einstein hubungan massa diam dan massa bergerak yang ditinjau oleh pengamat dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan :

m = Massa benda dalam keadaan bergerak (Kg)

mo = Massa benda dalam keadaan diam (Kg)

v = Kecepatan benda (m/s)

c = Kecepatan cahaya ( 3 x 108 m / s)

MOMENTUM RELATIVISTIK

Sebuah benda yang bermassa bergerak dengan kecepatan v menurut mekanika klasik  dirumuskan dengan  p = mv. Jika kecepatan mendekati kecepatan cahaya maka momentum benda akan mengalami perubahan. Pada saat itu momentum benda dikatan dengan momentum Relativistik.

Dimana dari persamaan mekanika klasik dapat digunakan massa relativitas, sehingga persamaannya :

Keterangan :
m = Massa benda dalam keadaan bergerak (Kg)

mo = Massa benda dalam keadaan diam (Kg)

v = Kecepatan benda (m/s)

c = Kecepatan cahaya ( 3 x 108 m / s)
p = momentum relativistic(Kg m / s)

 ENERGI RELATIVISTIK

Menurut  hukum Newton jika ada sebuah gaya terus menerus diperbesar maka percepatan yang dihasilkan dapat melebihi kecepatan cahaya, sedangkan menurut teori Relativitas ini tidak benar, sehingga untuk benda yang bergerak mendekati cahaya sehingga persamaan Energi kineticnya  :

Sehingga energi kinetik relativistic dapat dituliskan :

Energi merupakan hasil perkalian antara massa dan kuadrat kecepatan mutlak, Jadi ada keseta raan antara massa dan energy. Bila partikel memiliki massa m , berrarti partikel tersebut memiliki energy total sebesar :

E = m c²

Kesetaraan antara massa dan energy ini dikemukakan pertama kali oleh Einstein dan dikenal dengan Hukum Kesetaraan massa energy Einstein.

Kesimpulan :

Energi kinetic sebuah partikel yang bergerak relativistic ( mendekati kecepatan cahaya ) sama dengan selisih antara antara en ergi total dengan energy diamnya.

Ek = E – Eo

     KONTRAKSI PANJANG

Kontransi panjang adalah penyusutan panjang suatu benda menurut pengamat yang bergerak. Penyusutan ini memenuhi persamaan berikut.

dengan :

L = panjang benda menurut pengamat yang bergerak relatif terhadap benda

L0 = panjang benda menurut pengamat yang diam relatif terhadap benda.

MASA DAN ENERGI RELATIF

Perubahan besaran oleh pengamat diam dan bergerak juga terjadi pada massa benda dan energinya.

Dan energi benda diam dan bergerak memiliki hubungan sebagai berikut.

(a) Energi total : E = mc2

(b) Energi diam : E0 = m0 c2

(c) Energi kinetik : Ek = E – E0

MATERI FISIKA~KEMAGNETAN

KEMAGNETAN

PENGERTIAN MAGNET

Magnet adalah benda yang mampu menarik benda – benda disekitarnya. Setiap Magnet memiliki sifat kemagnetan. Kemagnetan adalah kemampuan benda tersebut untuk menarik benda-benda lain disekitarnya. Kata Magnet diambil dari nama daerah di asia yaitu Magnesia, di tempat inilah bangsa Yunani menemukan menemukan sifat magnetik dari bebatuan yang mampu menarik biji besi. Menurut perkiraan ilmuan, Cina merupakan bangsa pertama yang memanfaatkan magnet sebagai penunjuk arah atau kompas. 

BENDA BERDASARKAN SIFAT KEMAGNETANNYA

Berdasarkan kemagnetannya benda dapat digolongkan menjadi 2, yaitu : 

1. Benda Magnetik (Feromagnetik)

Feromagnetik adalah benda yang dapat ditarik dengan kuat oleh magnet. Benda Magnetik yang bukan magnet dapat diolah menjadi magnet, namun setiap benda memiliki tingkat kesulitan yang berbeda jika ingin diubah menjadi magnet. Contoh benda ini adalah besi, baja, nikel, dll.

2. Benda Non – Magnetik

Benda ini terbagi lagi menjadi dua kelompok, yaitu :

§  Paramagnetik, yaitu benda yang dapat ditarik dengan lemah oleh magnet kuat, contohnya alumunium, tembaga, platina, dll.

§  Diamagnetik, yaitu benda menolak magnet, artinya benda ini tidak dapat ditarik oleh magnet, contohnya emas, seng, merkuri, dll.

JENIS – JENIS MAGNET

Secara garis besar, terdapat 2 jenis magnet, yaitu :

1. Magnet Alam

Magnet Alam adalah magnet yang sudah memiliki sifat kemagnetan secara alami, artinya tanpa ada campur tangan manusia. Contohnya adalah gunung ida di Magnesia yang mampu menarik benda – benda disekitarnya.

2. Magnet Buatan

Magnet Buatan adalah magnet yang dibuat manusia, magnet buatan dibuat dari bahan  bahan magnetik kuat seperti besi dan baja.Magnet buatan terbagi lagi menjadi 2 yaitu :

§  Magnet Tetap (Pemnanen), merupakan magnet yang sifat kemagnetannya bersifat permanen, meskipun proses pembuatannya sudah dihentikan.

§  Magnet Sementara (Remanen), merupakan magnet yang sifat kemagnetannya hanya sementara, yaitu hanya terjadi selama proses pembuatannya.

Pengertian Medan Magnet

Pola garis-garis lengkung yang terbentuk ini merupakan pola garis-garis medan magnetik yang disebut garis gaya magnetik. ruang di sekitar magnet yang mengalami gaya magnetik dinamakan medan magnetik. Medan magnetadalah daerah di sekitar magnet yang menyebabkan sebuah muatan yang bergerak di sekitarnya mengalami suatu gaya. Medan magnet tidak dapat dilihat, namun dapat dijelaskan dengan mengamati pengaruh magnet pada benda lain, misalnya pada serbuk besi.

Dengan mengamati garis gaya magnetik pada gambar diatas dapat kita simpulkan sebagai berikut.

1.     Garis-garis gaya magnetik selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.

2.     Garis-garis gaya magnetik tidak pernah saling berpotongan dengan garis-garis gaya magnetik lain yang berasal dari magnet yang sama.

3.     Daerah yang garis-garis gaya magnetiknya rapat menunjukkan medan magnetik yang kuat, sedangkan daerah yang garis-garis gaya magnetiknya kurang rapat menunjukkan medan magnetik yang lemah. Dari gambar diatas kita dapat melihat bahwa medan magnetik paling kuat terdapat di kutub-kutub magnet.

Untuk mengetahui medan magnet disekitar arus listrik dapat dilakukan percobaan sebagai berikut.

1.     Dekatkan kompas pada kawat yang belum dihubungkan dengan baterai. Apakah kedudukan jarum kompas tersebut berubah? 

2.     Hubungkan kawat tembaga dengan baterai, kemudian dekatkan dengan kompas. Apakah kedudukan jarum kompas berubah? Ke arah manakah jarum kompas menyimpang? 

3.     Ubahlah arah arus listrik yang mengalir dengan mengubah kedudukan kutub baterai, kemudian dekatkan dengan kompas. Apakah kedudukan jarum kompas berubah? Ke arah manakah jarum kompas menyimpang?

Dari Percobaan diatas kita dapat mengamati bahwa medan magnetik di sekitar kawat yang dialiri arus listrik dapat memengaruhi kedudukan jarum kompas. Ketika arah arus listrik diubah dengan mengubah kedudukan kutub baterai, maka arah penyimpangan jarum kompas pun turut berubah sehingga :

1.     Arah garis gaya magnetik tergantung pada arah arus listrik yang mengalir pada kawat penghantar.

2.     Medan magnetik terdapat di sekitar kawat penghantar yang dialiri arus listrik.

Di sekitar kawat penghantar berarus listrik terdapat medan magnet yang diselidiki oleh Hans Christian Oersted. Arah medan magnetik dari sebuah kawat yang dialiri arus listrik dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan Oersted, seperti yang diperlihatkan pada gambar dibawah. Arah arus listrik ditunjukkan dengan ibu jari dan garis gaya magnetik ditunjukkan dengan keempat jari tangan.

Hukum Tangan Kanan

Medan magnetik yang dihasilkan oleh sebuah kawat penghantar sangatlah lemah, untuk menghasilkan medan magnetik yang cukup kuat dapat digunakan kumparan berarus listrik. Kumparan bersifat sebagai magnet yang kuat ini disebut sebagai elektromagnet. Elektromagnet memiliki sifat kemagnetan sementara. Jika arus listrik diputuskan, sifat kemagnetannya segera hilang. Mengapa kumparan berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik yang kuat? Kumparan berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik yang kuat karena setiap lilitan pada kumparan menghasilkan medan magnetik yang akan diperkuat oleh lilitan lainnya. Semakin banyak lilitan suatu kumparan, medan magnetik yang dihasilkannya semakin besar. 

Pola garis gaya magnetik yang dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus listrik ditunjukkan pada gambar berikut.

Untuk menentukan kutub magnet pada kumparan berarus listrik, digunakan aturan genggaman tangan kanan. Kutub utara ditunjukkan oleh arah ibu jari, arah arus pada kumparan sama dengan arah genggaman keempat jari. Konsep seperti ini disebut kaidah tangan kanan untuk menentukan kutub magnet dari arah arus listrik.

SIFAT – SIFAT MAGNET

§  Magnet hanya dapat menarik benda – benda tertentu dalam jangkauannya, artinya tidak semua benda dapat ditarik

§  Gaya Magnet dapat menembus benda, semakin kuat gaya magnet maka semakin tebal pula benda yang dapat ditembus oleh gaya tersebut

§  Magnet mempunyai dua kutub, yaitu Kutub Utara dan Kutub Selatan

§  Apabila Kutub yang sejenis / senama didekatkan satu sama lain maka mereka akan saling tolak menolak,  namun apabila kutub yang berbeda didekatkan satu sama lain maka mereka akan saling Tarik Menarik

§  Medan Magnet akan membentu Gaya Magnet. Semakin Dekat benda dengan Magnet, medan magnetnya semakin rapat, sehingga gaya magnetnya akan semakin besar. Demikian pula sebaliknya

§Sifat Kemagnetan dapat hilang atau melemah karena bebarapa penyebab, contohnya apabila terus menerus jatuh, terbakar, dll.

TEORI KEMAGNETAN

§  Sebuah Magnet akan selalu tersusun atas magnet-magnet kecil yang disebut magnet elementer.

§  Pada Benda Magnetik, Magnet elementer ini tersusun secara teratur, Namun pada benda non-magnetik, magnet elementer tersusun secara acak.

§  Bahan magnetik yang bukan magnet dapat diubah menjadi magnet dengan prinsip membuat magnet elementer menjadi teratur.

§  Bahan Magnetik lunak lebih mudah dijadikan magnet karena lebih mudah untuk menyusun magnet elementer menjadi teratur

§  Apabila sebuah magnet dipotong, maka masing-masing potongan tetap memiliki kutub utara dan kutub selatan

MATERI FISIKA ~ ALAT OPTIK

ALAT OPTIK

Pengertian Alat Optik

Alat optik adalah alat yang menggunakan lensa dan cermin yang memanfaatkan sifat cahaya yang dapat dipantulkan dan dibiaskan yang dimanfaatkan untuk melihat.

Jenis / Macam-Macam Alat Optik

Alat optik ada 2 macam, yaitu alat optik alamiyah yaitu mata, dan alat optik buatan seperti kaca mata, kamera, lup/lensa pembesar, mikroskop, teleskop/teropong, periskop, episkop, diaskop, dan sebagainya. Mari kita bahas satu per satu.

1. MATA

Bagian-bagian Mata :

•        Kornea ; bagian terluar bola mata. Kornea merupakan bagian lapisan tipis yang bening dan dapat tembus cahaya.
•         Aqueous Humor ; cairan yang terdapat di belakang kornea. Aqueous Humor berfungsi untuk membiaskan cahaya yang masuk ke dalam mata
•        Lensa Mata ; lensa yang terbuat dari bahan bening, berserat, dan elastis. Berfungsi mengatur pembiasan yang disebabkan oleh cairan aqueus humor di depan lensa.  Lensa mata berfungsi sebagai lensa cembung yaitu pembentuk bayangan yang bersifat nyata, terbalik dan diperkecil.
•         Iris ; selaput di depan lensa mata yang membentuk celah lingkaran. Iris berfungsi mengatur banyak sedikitnya cahaya yang boleh masuk melalui pupil. Iris juga berfungsi memberi warna pada mata.
•          Pupil; celah lingkaran yang dibentuk iris. Pupil berfungsi untuk mengatur banyak tidaknya cahaya yang masuk ke bola mata. Apabila cahaya yang masuk ke mata sangat kuat, pupil akan menyempit. Sehingga cahaya yang masuk ke bola mata lebih sedikit. Apabila cahaya yang masuk ke mata redup, maka pupil akan melebar sehingga cahaya yang masuk lebih banyak.
•          Retina atau selaput jala ; berfungsi sebagai layar penangkap bayangan.
•          Bintik kuning ; bagian pada retina yang sangat peka terhadap cahaya. Agar bayangan jelas, bayangan harus terbentuk di retina tepat di bintik kuning.
•          Saraf optik; saraf yang menghubungkan bintik kuning dengan otak sehingga sinyal-sinyal bayangan dari bintik kuning sampai ke otak. Selanjutnya otak akan menerjemahkannya.

     Daya akomodasi mata adalah kemampuan mata untuk mengubah kecembungan lensa mata baik menebal atau menipis supaya menghasilkan bayangan tepat pada retina.

     Mata dapat melihat benda dengan jelas apabila benda berada dalam jangkauan penglihatan, yaitu antara titik dekat mata ( punctum proximum/PP ) dan titik jauh mata ( Punctum Remotum/PR ). Titik dekat mata normal rata-rata adalah 25 cm. sedangkat titik terjauh mata normal adalah tidak terhingga.

CACAT MATA

      Cacat mata dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu :

1.Miopi ( rabun jauh)

2.Hipermetropi (rabun dekat )

3.Presbiopi ( mata Tua )

 

2. KAMERA

Kamera (alat memotret) adalah alat untuk menghasilkan foto. Kamera yang sederhana disebut kamera obskura. Persamaan kamera dengan mata antara lain : menggunakan lensa cembung, celah diafragma berfungsi sama dengan isir, film, tempat film sama dengan bintik kuning pada mata. Bayangan yang dihasilkan kamera bersifat Nyata, terbalik, dan diperkecil.

3. LUP

Lup adalah alat optik yang berfungsi mengamati benda kecil agar tampak besar dan jelas dengan menggunakan lensa cembung. Bayangan yang dihasilkan lup bersifat Maya, Tegak dan Diperbesar.

Pembesaran pada lup :

 

4. MIKROSKOP

Mikroskop adalah alat optik untuk melihat benda-benda yang sangat kecil agar tampak lebih besar dan jelas. Mikroskop terdiri dari dua lensa cembung : lensa okuler (dekat mata) dan lensa objektif (dekat benda). Fokus obejektif lebih kecil dari fokus okuler.

Lensa Objektif menghasilkan bayangan nyata terbalik, diperbesar. Bayangan ini sekaligus manjadi benda bagi lensa okuler.

Sifat Bayangan Akhir pada mikroskop adalah  Maya, terbalik dan diperbesar.

Persamaan   dalam   mikroskop   sama   dengan   persamaan   pada   lensa cembung,   karena   lensa   objektif   dan   okuler   merupakan   lensa   cembung. Sedang perbesaran mikroskop sama dengan perkalian dari perbesaran lensa objektif dan okuler.

Panjang mikroskop merupakan jumlah jarak bayangan lensa objektif  dengan   jarak   benda   lensa   okuler.   Secara   matematis   panjang   mikroskop dirumuskan sebagai berikut :

5. TELESKOP (TEROPONG)

Teropong adalah alat optik yang digunakan untuk mengamati benda-benda yang letaknya jauh agar tampak lebih dekat dan lebih jelas. Teropong juga sering disebut teleskop. Teleskop pertama kali ditemukan oleh Galileo Galilei. Teropong   ada   dua   macam,   yaitu   teropong   bintang   dan   teropong   bumi. Teropong   bintang   digunakan   untuk   mengamati   benda-benda   angkasa, sedangkan teropong bumi digunakan untuk mengamati benda-benda di bumi yang letaknya jauh dari pengamat.

a.    Teropong bintang

Teropong bintang sederhana terdiri atas dua buah lensa cembung yang berfungsi sebagai lensa objektif dan lensa okuler. Pengamatan benda-benda angkasa dengan menggunakan teropong bintang dilakukan dengan mata tidak berakomodasi.

Bayangan   yang   terbentuk   pada   teropong   bintang   bersifat   nyata, terbalik,   dan   diperkecil.   Perbesaran   pada   teropong   bintang   dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut.

b.     Teropong Bumi

Teropong bumi sering disebut sebagai teropong yojana atau teropong medan. Teropong bumi terdiri atas tiga buah lensa cembung, yaitu lensa objektif, lensa okuler, dan lensa pembalik. Perhatikan proses pembentukan bayangan pada teropong bumi berikut ini

Bayangan yang terbentuk pada teropong bumi bersifat nyata, tegak, dan diperkecil. Bayangan benda pada teropong bumi bersifat tegak karena adanya lensa pembalik yang berfungsi membalik bayangan dari lensa objektif. Panjang teropong bumi dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

6. PERISKOP

 Periskop adalah alat optik yang berfungsi untuk mengamati benda dalam jarak jauh atau berada dalam sudut tertentu. Bentuknya sederhana, yaitu berupa tabung yang dilengkapi dengan cermin/prisma pada ujung-ujungnya. Prisma ini akan memantulkan cahaya yang datar sejajar padanya, kemudian diatur sedemikian rupa sehingga membentuk sudut 45 derajat terhadap sumbu tabung.

Periskop digunakan pada tank dan kapal selam. Para navigator kapal di kapal selam memanfaatkan periskop untuk mengamati gerak-gerik yang terjadi di permukaan laut. Ketika kita melihat ujung bawah,cahaya sejajar masuk lewat ujung atas mengenai cermin, oleh cermin akan dipantulkan membentuk sudut 45 derajat ke cermin bawah yang juga membentuk 45 derajat. Sinar-sinar pantul sejajartadi akan dipantulkan kembali ke mata kita yang melihat dari ujung bawah sehingga kamu dapat melihat benda-benda yang berada di ujung atas.

Prinsip kerja Periskop: Cahaya dari benda akan masuk secara horizontal kemudian turun dan mengarah ke mata pengamat secara horizontal juga. Bagian periskop yg berada diatas permukaan air haruslah tidak menarik perhatian atau mencolok. Oleh karena itu, pipa periskop dibuat dengan bentuk panjang menyempit dan kecil .

Sebuah periskop terdiri atas dua buah lensa cembung sebagai lensa objektif dan lensa okuler serta dua buah prisma siku-siku sama   kaki.   Ketika   seberkas   cahaya   mengenai   lensa   objektif, cahaya tersebut akan diteruskan menuju prisma siku-siku pertama. Prisma   siku-siku   pertama   akan   memantulkan berkas cahaya tersebut menuju ke prisma siku-siku kedua. Berkas cahaya yang menembus prisma siku-siku kedua akan diteruskan ke lensa okuler.