GIMPIL FISIKA

Jumat, 06 September 2019

MATERI ELEKTROSTATIS PERTEMUAN PERTAMA KELAS XII IPA 1,2,3

BAHAN AJAR

PERTEMUAN KE-1

Sekolah : SMA Al Azhar 3 B. Lampung

Mata Pelajaran : Fisika

Kelas/Semester : XII / Ganjil

Materi Pokok : Listrik Statis (Elektrostatika)

Alokasi Waktu : 4 Minggu x 4 Jam Pelajaran @45 Menit

A. Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi

Kompetensi Dasar	Indikator
3.2 Menganalisis muatan listrik, gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada berbagai kasus	· Mengidentifikasi fenomena kelistrikan dan pemanfaatannya di kehidupan sehari-hari menggunakan alat dan bahan sederhana · Menganalisis fenomena kelistrikan, muatan listrik, fluks listrik dan interaksi antar muatan listrik, kuat medan listrik, potensial listrik, energi potensial, dan kapasitor. · Merancang percobaan tentang peristiwa kelistrikan, misalnya pengisian kapasitor · Menganalisa gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada berbagai kasus
4.2 Melakukan percobaan berikut presentasi hasil percobaan kelistrikan (misalnya pengisian dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari	· Melakukan percobaan kelistrikan (misalnya pengisian dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari · Mempresentasikan hasil percobaan kelistrikan (misalnya pengisian dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari

B. Tujuan Pembelajaran

Setelah mengikuti proses pembelajaran, peserta didik diharapkan dapat:

· Mengidentifikasi fenomena kelistrikan dan pemanfaatannya di kehidupan sehari-hari menggunakan alat dan bahan sederhana

· Menganalisis fenomena kelistrikan, muatan listrik, fluks listrik dan interaksi antar muatan listrik, kuat medan listrik, potensial listrik, energi potensial, dan kapasitor.

· Merancang percobaan tentang peristiwa kelistrikan, misalnya pengisian kapasitor

· Menganalisa gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada berbagai kasus

· Melakukan percobaan kelistrikan (misalnya pengisian dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari

· Mempresentasikan hasil percobaan kelistrikan (misalnya pengisian dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari

C. Materi Pembelajaran

Listrik Statis

Listrik statis adalah kumpulan muatan listrik dalam jumlah tertentu yang tetap (statis), ketidakseimbangan muatan listrik di dalam atau permukaan benda. Muatan listrik akan tetap ada sampai benda kehilangan dengan cara sebuah arus listrik melepaskan muatan listrik.

Pernahkan anda waktu kecil menggosok-gosok peggaris pada kain atau rambut kemudian anda tempelkan penggaris tersebut kedalam potongan kertas kecil-kecil. Pada saat itu kerjas itu akan melekat pada penggaris. Secara tidak langsung, anda sudah membuat muatan listrik sederhana. Berikut ini kita akan membahas secara lengkap mengenai listrik statis.

Listrik statis adalah kelistrikan yang berhubungan dengan gejala kelistrikan yang diam dan tidak mengalir. Aliran pada listrik statis berbeda dengan dinamis, jika listrik statis dari satu tempat ke tempat lain hanya sekejap pada suatu tempat tersebut.

Perhatikan gambar berikut ini:

Gambar dia atas adalah gambar perpindahan electron dari benda satu ke benda lain.

Muatan listrik muncul karena adanya perpindahan elektron dari satu benda ke benda lain. Terdapat 2 muatan listrik yaitu muatan positif dan muatan negatif, dikatakan bermuatan positif apabila proton lebih banyak daripada jumlah elektron, dan begitupun sebaliknya. Sedangkan benda yang tidak memiliki muatan disebut netral.

Benda tersebut jika bermuatan sejenis maka akan saling tolak menolak, sebaliknya jika muatannya berbeda maka akan saling Tarik menarik. Interaksi yang terjadi antar muatan listrik bisa dijelaskan dengan Gaya Coulomb.

Rumus Listrik Statis

Contoh Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-hari

Dalam kehidupan sehari-hari secara tidak sadarberkaitan dengan listrik statis. Berikut ini adalah contoh Listrik Statis dalam kehidupan sehari-hari antara lain:

Penggaris di gosok-gosokkan ke rambut kemudian bisa mengangkat potongan kertas kecil
Menggosok balon dengan tangan
Saat menyisir rambut terkadang rambut akan terbawa berdiri beriringan dengan gerakan sisir, karena ada interaksi muatan antara sisir dan rambut
Debu yang menempel pada tv
Ketika kulit kita berdekatan dengan aliran listrik maka bulu kulit akan berdiri
Plastic penggaris bermuatan negative sedangkan kain wol akan bermuatan positif, jika keduanya di gesek maka akan menghasilkan listrik statis.

Rabu, 04 September 2019

MATERI VEKTOR PERTEMUAN KETIGA KELAS X IPA 1

PERTEMUAN KETIGA

C. Menjumlahkan Vektor dengan Metode Uraian

Dalam beberapa kasus, seringkali Anda menjumlahkan beberapa vektor yang lebih dari dua buah. Secara grafis, metode yang digunakan adalah metode poligon, seperti yang telah disinggung sebelumnya. Akan tetapi, bagaimanakah cara menentukan besar dan arah vektor resultannya? Salah satu metode yang digunakan adalah metode uraian, seperti yang akan di bahas pada sub-subbab berikut ini.

1. Menguraikan Vektor Menjadi Vektor Komponennya

Sebuah vektor dapat diuraikan menjadi dua buah vektor yang saling tegak lurus. Vektor-vektor baru hasil uraian disebut vektor-vektor komponen. Ketika sebuah vektor telah diuraikan menjadi vektor-vektor komponennya, vektor tersebut dianggap tidak ada karena telah diwakili oleh vektor-vektor komponennya. Sebagai contoh, ketika Anda menguraikan sekarung beras 50 kg menjadi dua karung dengan masing-masing 20 kg dan 30 kg, apakah karung yang berisi 50 kg tetap ada?

Gambar 12. memperlihatkan sebuah vektor A yang diuraikan menjadi dua buah vektor komponen, masing-masing berada pada sumbu-x dan sumbu-y. Ax adalah komponen vektor A pada sumbu-x dan Ay adalah komponen vektor A pada sumbu-y. Dengan mengingat definisi sin θ dan cos θ dari trigonometri, besar setiap komponen vektor A dapat ditulis sebagai berikut.

Ax = A cos θ dan Ay = A sinθ (1-7)

Sementara itu, dengan menggunakan Dalil Pythagoras diperoleh hubungan :

(1-8)

Selanjutnya, hubungan antara Ax dan Ay diberikan oleh :

(1-9)

Contoh Soal 2 :

Sebuah vektor panjangnya 20 cm dan membentuk sudut 30° terhadap sumbu-x positif seperti diperlihatkan pada gambar.

Tentukanlah komponen-komponen vektor tersebut pada sumbu-x dan sumbu-y.

Kunci Jawaban :

Gunakan Persamaan (1–7) maka diperoleh :

A_x = Acos30^o

dan

A_y = Asin30^o

2. Menjumlahkan Vektor Melalui Vektor-Vektor Komponennya

Menjumlahkan sejumlah vektor dapat dilakukan dengan menguraikan setiap vektor menjadi komponen-komponennya ke sumbu-x dan sumbu-y pada koordinat kartesius. Metode seperti ini disebut metode uraian.

Berikut adalah tahapan-tahapan untuk mencari besar dan arah vektor resultan dengan metode uraian.

a. Buat koordinat kartesius x-y.

b. Letakkan titik tangkap semua vektor pada titik asal (0,0). Hati-hati, arah vektor tidak boleh berubah.

c. Uraikan setiap vektor, yang tidak berimpit dengan sumbu-x atau sumbu-y, menjadi komponen-komponennya pada sumbu-x dan sumbu-y.

d. Tentukanlah resultan vektor-vektor komponen pada setiap sumbu,

misalnya :

x Σ_R = resultan vektor-vektor komponen pada sumbu-x.

y Σ_R = resultan vektor-vektor komponen pada sumbu-y.

e. Besar vektor resultannya

(1-10)

dan arahnya terhadap sumbu-x positif

(1-11)

Contoh Soal 3 :

Tiga buah vektor gaya masing-masing besarnya F1 = 10 N, F2 = 30 N, dan F3 = 20 N. Arah ketiga vektor tersebut ditunjukkan pada gambar. Tentukanlah resultan ketiga vektor tersebut (besar dan arahnya).

Kunci Jawaban :

Diketahui: F1 = 10 N, F2 = 30 N, dan F3 = 20 N.

Uraian setiap vektor pada sumbu-x dan sumbu-y, seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Besar komponen-komponen setiap vektornya adalah:

F_1x = F₁ cos 37° = 10 N × 0,8 = 8 N

F_1y = F₁ sin 37° = 10 N × 0,6 = 6 N

F_2x = F₂ cos 53° = 30 N × 0,6 = 18 N

F_2x = F₂ sin 53° = 30 N × 0,8 = 24 N

F_3x = F₃ sin 37° = 20 N × 0,6 = 12 N

F_3x = F₃ cos 37° = 20 N × 0,8 = 16 N

Resultan pada sumbu-x dan sumbu-y masing-masing:

ΣR_x = F_1x – F_2x – F^3x = 8 – 18 – 12 = –22 N

ΣR_y = F_1y – F_2y – F_3y = 6 + 24 – 12 = 18 N
Dengan demikian, besar resultan ketiga vektor tersebut adalah :

dan arahnya terhadap sumbu-x positif

Contoh Soal 4 :

Ditentukan dua buah vektor yang sama besarnya, yaitu F. Bila perbandingan antara besar jumlah dan selisih kedua vektor sama dengan 3 maka sudut yang dibentuk kedua vektor tersebut adalah ....

a. 30°

b. 37°

c. 45°

d. 60°

e. 120°

Kunci Jawaban :

Diketahui dua buah vektor besarnya = F

Besar jumlah vektor adalah :

Besar selisih kedua vektor adalah :

Jika perbandingan nilai R1 dan R2 adalah

maka sudut θ dapat dihitung sebagai berikut :

2F² + 2F² cosθ = 6F² – 6F² cosθ

8F² cosθ = 4F²

cosθ = 1/2

θ = 60°

Jawab: d

Contoh Soal 5 :

Tiga vektor masing-masing F1 = 10 N, F2 = 16 N, dan F3 = 12 N, disusun seperti pada gambar. Jika α = 37°, besar resultan ketiga vektor adalah ....

a. 5 N
b. 8 N
c. 10 N
d. 12 N
e. 18 N

Kunci Jawaban :

Diketahui: F1 = 10 N, F2 = 16 N, dan F3 = 12 N.

Besar komponen pada sumbu- F1 = F1 cosα = 10 cos 37° = 8 N
F2 = 16 N
F3 = 0 N

Besar komponen pada sumbu- F1 = F1 sinα = 10 sin 37° = 6 N
F2 = 0 N
F3 = 12 N

ΣF = 8 – 16 + 0 = 8

ΣF = 6 + 0 – 12 = – 6
Jawab: c

Rangkuman :

Besaran skalar adalah besaran yang memiliki nilai saja (contoh: jarak, laju, luas, volume, suhu, dan energi).
Besaran vektor adalah besaran yang memiliki nilai dan arah. (contoh: perpindahan, kecepatan, percepatan, dan gaya).
Notasi atau simbol sebuah vektor dapat menggunakan satu atau dua huruf dengan tanda panah di atasnya atau dengan dicetak tebal.
Penjumlahan vektor dapat menggunakan metode grafis, analitis, poligon, dan ukuran.
Jika dua buah vektor membentuk sudut α , resultan dan selisih keduanya dapat dihitung dengan persamaan:

Selasa, 03 September 2019

MATERI VEKTOR PERTEMUAN KETIGA KELAS X IPA 2,3,1

PERTEMUAN KETIGA

C. Menjumlahkan Vektor dengan Metode Uraian

1. Menguraikan Vektor Menjadi Vektor Komponennya

Ax = A cos θ dan Ay = A sinθ (1-7)

Sementara itu, dengan menggunakan Dalil Pythagoras diperoleh hubungan :

(1-8)

Selanjutnya, hubungan antara Ax dan Ay diberikan oleh :

(1-9)

Contoh Soal 2 :

Sebuah vektor panjangnya 20 cm dan membentuk sudut 30° terhadap sumbu-x positif seperti diperlihatkan pada gambar.

Tentukanlah komponen-komponen vektor tersebut pada sumbu-x dan sumbu-y.

Kunci Jawaban :

Gunakan Persamaan (1–7) maka diperoleh :

A_x = Acos30^o

dan

A_y = Asin30^o

2. Menjumlahkan Vektor Melalui Vektor-Vektor Komponennya

Menjumlahkan sejumlah vektor dapat dilakukan dengan menguraikan setiap vektor menjadi komponen-komponennya ke sumbu-x dan sumbu-y pada koordinat kartesius. Metode seperti ini disebut metode uraian.

Berikut adalah tahapan-tahapan untuk mencari besar dan arah vektor resultan dengan metode uraian.

a. Buat koordinat kartesius x-y.

b. Letakkan titik tangkap semua vektor pada titik asal (0,0). Hati-hati, arah vektor tidak boleh berubah.

c. Uraikan setiap vektor, yang tidak berimpit dengan sumbu-x atau sumbu-y, menjadi komponen-komponennya pada sumbu-x dan sumbu-y.

d. Tentukanlah resultan vektor-vektor komponen pada setiap sumbu,

misalnya :

x Σ_R = resultan vektor-vektor komponen pada sumbu-x.

y Σ_R = resultan vektor-vektor komponen pada sumbu-y.

e. Besar vektor resultannya

(1-10)

dan arahnya terhadap sumbu-x positif

(1-11)

Contoh Soal 3 :

Tiga buah vektor gaya masing-masing besarnya F1 = 10 N, F2 = 30 N, dan F3 = 20 N. Arah ketiga vektor tersebut ditunjukkan pada gambar. Tentukanlah resultan ketiga vektor tersebut (besar dan arahnya).

Kunci Jawaban :

Diketahui: F1 = 10 N, F2 = 30 N, dan F3 = 20 N.

Uraian setiap vektor pada sumbu-x dan sumbu-y, seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Besar komponen-komponen setiap vektornya adalah:

F_1x = F₁ cos 37° = 10 N × 0,8 = 8 N

F_1y = F₁ sin 37° = 10 N × 0,6 = 6 N

F_2x = F₂ cos 53° = 30 N × 0,6 = 18 N

F_2x = F₂ sin 53° = 30 N × 0,8 = 24 N

F_3x = F₃ sin 37° = 20 N × 0,6 = 12 N

F_3x = F₃ cos 37° = 20 N × 0,8 = 16 N

Resultan pada sumbu-x dan sumbu-y masing-masing:

ΣR_x = F_1x – F_2x – F^3x = 8 – 18 – 12 = –22 N

ΣR_y = F_1y – F_2y – F_3y = 6 + 24 – 12 = 18 N
Dengan demikian, besar resultan ketiga vektor tersebut adalah :

dan arahnya terhadap sumbu-x positif

Contoh Soal 4 :

Ditentukan dua buah vektor yang sama besarnya, yaitu F. Bila perbandingan antara besar jumlah dan selisih kedua vektor sama dengan 3 maka sudut yang dibentuk kedua vektor tersebut adalah ....

a. 30°

b. 37°

c. 45°

d. 60°

e. 120°

Kunci Jawaban :

Diketahui dua buah vektor besarnya = F

Besar jumlah vektor adalah :

Besar selisih kedua vektor adalah :

Jika perbandingan nilai R1 dan R2 adalah

maka sudut θ dapat dihitung sebagai berikut :

2F² + 2F² cosθ = 6F² – 6F² cosθ

8F² cosθ = 4F²

cosθ = 1/2

θ = 60°

Jawab: d

Contoh Soal 5 :

Tiga vektor masing-masing F1 = 10 N, F2 = 16 N, dan F3 = 12 N, disusun seperti pada gambar. Jika α = 37°, besar resultan ketiga vektor adalah ....

ΣF = 8 – 16 + 0 = 8

ΣF = 6 + 0 – 12 = – 6
Jawab: c

Rangkuman :

Besaran skalar adalah besaran yang memiliki nilai saja (contoh: jarak, laju, luas, volume, suhu, dan energi).
Besaran vektor adalah besaran yang memiliki nilai dan arah. (contoh: perpindahan, kecepatan, percepatan, dan gaya).
Notasi atau simbol sebuah vektor dapat menggunakan satu atau dua huruf dengan tanda panah di atasnya atau dengan dicetak tebal.
Penjumlahan vektor dapat menggunakan metode grafis, analitis, poligon, dan ukuran.
Jika dua buah vektor membentuk sudut α , resultan dan selisih keduanya dapat dihitung dengan persamaan:

Rabu, 28 Agustus 2019

HUKUM KIRCHOFF KELAS IPA 3 - IPA 2 - IPA 1

BAHAN AJAR

PERTEMUAN KE-6

Sekolah : SMA Al Azhar 3 B. Lampung

Mata Pelajaran : Fisika

Kelas/Semester : XII / Ganjil

Materi Pokok : Rangkaian arus searah

Alokasi Waktu : 6 Minggu x 4 Jam Pelajaran @45 Menit

A. Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi

Kompetensi Dasar	Indikator
3.1 Menganalisis prinsip kerja peralatan listrik searah (DC) berikut keselamatannya dalam kehidupan sehari-hari	· Memahami arus listrik dan pengukurannya · Memahami Hukum Ohm · Menjelaskan arus listrik dalam rangkaian tertutup · Menganalisis hambatan sepotong kawat penghantar · Menganalisis rangkaian hambatan · Menganalisis gabungan sumber tegangan listrik · Memahami Hukum II Kirchoff · Menganalisis energi dan daya listrik · Menganalisis prinsip kerja peralatan listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari
4.1 Melakukan percobaan prinsip kerja rangkaian listrik searah (DC) dengan metode ilmiah berikut presentasi hasil percobaan	· Membuat percobaan tentang rangkaian listrik searah · Menyajikan hasil percobaan tentang rangkaian listrik searah baik lisan maupun tulisan secara sistematis

B. Tujuan Pembelajaran

Setelah mengikuti proses pembelajaran, peserta didik diharapkan dapat:

· Memahami arus listrik dan pengukurannya

· Memahami Hukum Ohm

· Menjelaskan arus listrik dalam rangkaian tertutup

· Menganalisis hambatan sepotong kawat penghantar

· Menganalisis rangkaian hambatan

· Menganalisis gabungan sumber tegangan listrik

· Memahami Hukum II Kirchoff

· Menganalisis energi dan daya listrik

· Menganalisis prinsip kerja peralatan listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari

· Membuat percobaan tentang rangkaian listrik searah

· Menyajikan hasil percobaan tentang rangkaian listrik searah baik lisan maupun tulisan secara sistematis

C. Materi Pembelajaran

Hukum Kirchhoff 1

Hukum Kirchhoff 1 dikenal sebagai hukum percabangan (junction rule), karena hukum ini memenuhi kekekalan muatan. Hukum ini diperlukan untuk rangkaian yang multisimpal yang mengandung titik-titik percabangan ketika arus mulai terbagi. Pada keadaan tunak, tidak ada akumulasi muatan listrik pada setiap titik dalam rangkaian. Dengan demikian, jumlah muatan yang masuk di dalam setiap titik akan meninggalkan titik tersebut dengan jumlah yang sama.

Hukum Kirchhoff 1 menyatakan bahwa:

“Jumlah arus listrik yang masuk melalui titik percabangan dalam suatu rangkaian listrik sama dengan jumlah arus yang keluar melalui titik percabangan tersebut”

Ilustrasi hukum Kirchhoff tentang titik percabangan. Arus I_1yang mengalir melalui titik percabangan a akan sama dengan jumlah I_2+I_3 yang keluar dari tiik percabangan

Secara umum rumus hukum Kirchhoff 1 dapat dituliskan sebagai berikut:

$\Sigma I_{masuk} = \Sigma I_{keluar}$

Gambar 1.2 menunjukkan suatu titik percabangan dari 5 buah kawat yang dialiri arus

dan

Dalam rentang waktu $\Delta t$ , muatan $q_1 = l_1 \Delta t$ mengalir melalui titik percabangan dari arah kiri. Dalam rentang waktu $\Delta t$ juga, muatan $q_2 = l_2 \Delta t$ dan $q_3 = l_3 \Delta t$ bergerak ke arah kanan meninggalkan titik percabangan. Karena muatan tersebut bukan berasal dari titik percabangan dan tidak juga menumpuk pada titik tersebut dalam keadaan tunak, maka muatan akan terkonservasi di titik percabangan tersebut, yaitu:

Hukum Kirchhoff 2

Bunyi hukum Kirchhoff 2 adalah sebagai berikut:

“Pada setiap rangkaian tertutup, jumlah beda potensialnya harus sama dengan nol”

Hukum Kirchhoff 2 juga sering disebut sebagai hukum simpal (loop rule), karena pada kenyataannya beda potensial diantara dua titik percabangan dalam satu rangkaian pada keadaan tunak adalah konstan. Hukum ini merupakan bukti dari adanya hukum konservasi energi. Jika kita memiliki suatu muatan Q pada sembarang titik dengan potensial V, dengan demikian energi yang dimiliki oleh muatan tersebut adalah QV. Selanjutnya, jika muatan mulai bergerak melintasi simpal tersebut, maka muatan yang kita miliki akan mendapatkan tambahan energi atau kehilangan sebagian energinya saat melalu resistor baterai atau elemen lainnya. Namun saat kebali ke titik awalnya, energinya akan kembali menjadi QV.

Sebagai contoh penggunaan hukum ini (Gambar 1.3), dua baterai yang berisi hambatan dalam

dan

serta ada 3 hambatan luar. Kita akan bisa menenutukan arus dalam rangkaian tersebut sebagai fungsi GGL dan hambatan.

Rangkaian berisi 2 buah baterai dan 3 resistor eksternal. Tanda plus minus pada resistor digunakan untuk mengingatkan kita sisi mana pada setiap resistor yang berada pada potensial lebih tinggi untuk arah arus yang diasumsikan.

Secara umum rumus hukum Kirchhoff 2 dapat dinyatakan sebagai berikut: