20090904122743 kelas11 fisika dwisatyapalupi PDF

Preview

Summary

Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional - Dilindungi Undang undang FISIKA Untuk Kelas XI SMA dan MA Penyusun : Dwi Satya Palupi Suharyanto Karyono Desain Sampul : Uzi Sulistyo Adhi Layout : Atit Wulandari Ukuran Buku : 17,6 x 25 cm 530.07 DWI DWI Satya Palupi f Fisika : untuk SMA dan MA Kelas...

Description

Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang undang

FISIKA Untuk Kelas XI SMA dan MA Penyusun

:

Desain Sampul Layout Ukuran Buku

: : :

530.07 DWI f

Dwi Satya Palupi Suharyanto Karyono Uzi Sulistyo Adhi Atit Wulandari 17,6 x 25 cm

DWI Satya Palupi Fisika : untuk SMA dan MA Kelas XI / penulis; Suharyanto, Karyono, . — Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009. vi, 330 hlm, : ilus. ; 25 cm Bibliografi : hlm. 315 Indeks ISBN 978-979-068-802-5 (nomor jilid lengkap) ISBN 978-979-068-809-4 1. Fisika-Studi dan Pengajaran II. Suharyanto III. Karyono

I. Judul

Hak Cipta Buku ini dibeli oleh Departemen Pendidikan Nasional dari Penerbit CV. Sahabat

Diterbitkan oleh Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2009 Diperbanyak oleh ...

Kata Sambutan Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia-Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 200, telah membeli hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis/penerbit untuk disebarluaskan kepada masyarakat melalui situs internet (website) Jaringan Pendidikan Nasional. Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikan dan telah ditetapkan sebagai buku teks pelajaran yang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 22 Tahun 2007. Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada para penulis/penerbit yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para siswa dan guru di seluruh Indonesia. Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh (down load), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun, untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Diharapkan bahwa buku teks pelajaran ini akan lebih mudah diakses sehingga siswa dan guru di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini. Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepada para siswa kami ucapkan selamat belajar dan manfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan.

Jakarta, Juni 2009 Kepala Pusat Perbukuan

iii

Kata Pengantar

Buku Fisika ini disusun untuk membimbing peserta didik SMA/MA agar: (1) membentuk sikap positif terhadap Fisika dengan menyadari keteraturan dan keindahan alam serta mengagungkan kebesaran Tuhan Yang Maha Esa, (2) memupuk sikap ilmiah yaitu jujur, obyektif, terbuka, ulet, kritis, dan dapat bekerja sama dengan orang lain, (3) mengembangkan pengalaman untuk dapat merumuskan masalah, mengajukan dan menguji hipotesis melalui percobaan, merancang dan merakit instrumen percobaan, mengumpulkan, mengolah, dan menafsirkan data, serta mengkomunikasikan hasil percobaan secara lisan dan tertulis, (4) mengembangkan kemampuan bernalar dan berpikir analisis induktif dan deduktif dengan menggunakan konsep dan prinsip fisika untuk menjelaskan berbagai peristiwa alam dan penyelesaian masalah baik secara kualitatif maupun kuantitatif, dan (5) menguasai konsep dan prinsip Fisika serta mempunyai keterampilan mengembangkan pengetahuan, dan sikap percaya diri sebagai bekal untuk melanjutkan pendidikan pada jenjang yang lebih tinggi serta mengembangkan Ilmu pengetahuan dan teknologi. Cakupan materinya di samping sesuai dengan standar isi pendidikan juga disesuaikan dengan kemampuan siswa. Materi buku ini akurat, mutakhir, mengandung wawasan produktivitas, merangsang keingintahuan siswa, mengembangkan kecakapan hidup, dan kontekstual. Penyajian materinya mudah dipahami karena bahasa yang digunakan dalam buku ini komunikatif dan interaktif, lugas, runtut, dan sesuai dengan kaidah bahasa Indonesia yang baku. Lebih dari itu, buku ini disajikan secara sistematis, logis, dan seimbang; dan disertai contoh-contoh dan latihan untuk mendorong kecakapan siswa. Semoga buku ini bermanfaat bagi siswa-siswa SMA/MA untuk mencapai cita-cita luhurnya, yaitu menjadi putra bangsa yang terbaik, unggul, dan mempunyai daya saing secara global di masa datang. Yogyakarta,

Mei 2007

Penyusun

iv

Daftar Isi Kata Sambutan ........................................................................................................

iii

Kata Pengantar ........................................................................................................

iv

Daftar Isi ....................................................................................................................

v

Bab I

Bab II

Kinematika A.

Gerak Lurus .....................................................................................

3

B.

Vektor Posisi, Vektor Kecepatan, dan Vektor Percepatan ......

17

C.

Gerak Parabola ................................................................................

19

D. Gerak Melingkar .............................................................................

22

Uji Kompetensi .......................................................................................

28

Gravitasi A.

Hukum Kepler ................................................................................

37

B.

Gravitasi Newton ............................................................................

39

C.

Hukum Kepler Menurut Newton ...............................................

45

Uji Kompetensi .......................................................................................

49

Bab III Elastisitas A.

Elastisitas ..........................................................................................

55

B.

Tegangan dan Regangan ...............................................................

56

C.

Tegangan Regangan Geser ............................................................

58

D. Hukum Hooke ................................................................................

61

E.

Osilasi ................................................................................................

68

Uji Kompetensi .......................................................................................

74

Bab IV Usaha dan Energi

Bab V

A.

Usaha ................................................................................................

83

B.

Energi atau Tenaga .........................................................................

89

C.

Tenaga Potensial Sistem Planet ....................................................

101

D. Sistem Konservatif .........................................................................

106

Uji Kompetensi .......................................................................................

112

Momentum Linear dan Impuls A.

Impuls...............................................................................................

121

B.

Momentum Linear .........................................................................

122

C.

Hukum Kekekalan Momentum Linear .....................................

126

D. Tumbukan .......................................................................................

131

Uji Kompetensi .......................................................................................

143

v

Uji Kompetensi Akhir Semester 1 .......................................................

148

Bab VI Dinamika Rotasi A.

Torsi ...................................................................................................

159

B.

Pusat Massa .....................................................................................

165

C.

Momen Inersia dan Tenaga Kinetik Rotasi ................................

170

D. Hukum Newton II untuk Rotasi .................................................

177

E.

Momentum Sudut .........................................................................

182

F.

Hukum Kekekalan Momentum Sudut .....................................

184

G.

Gabungan antara Gerak Translasi dan Rotasi ............................

186

H. Kesetimbangan ...............................................................................

192

Uji Kompetensi .......................................................................................

198

Bab VII Mekanika Fluida A.

Massa Jenis, Tekanan dalam Fluida .............................................

207

B.

Tegangan Permukaan ....................................................................

226

C.

Fluida Bergerak ...............................................................................

231

Uji Kompetensi .......................................................................................

244

Bab VIII Teori Kinetik Gas A.

Massa Molekul dan Kerapatan ....................................................

251

B.

Persamaan Umum Gas Ideal ........................................................

253

C.

Tekanan Gas Ideal Berdasarkan Teori Gas Ideal ........................

257

D. Suhu dan Energi Kinetik Rata-rata Molekul Gas Ideal ...........

261

E.

Prinsip Ekipartisi dan Energi Internal ........................................

264

Uji Kompetensi .......................................................................................

271

Bab IX Termodinamika A.

Usaha ................................................................................................

277

B.

Hukum Pertama Termodinamika ...............................................

282

C.

Kapasitas Kalor Gas ........................................................................

284

D. Hukum Termodinamika Kedua dan Siklus Carnot ................

286

E.

Entropi ..............................................................................................

295

Uji Kompetensi .......................................................................................

301

Uji Kompetensi Akhir Semester 2 .......................................................

306

Daftar Pustaka .........................................................................................................

315

Lampiran ...................................................................................................................

316

vi

Bab I Kinematika

Sumber : Internet : http.red.freekick.org.

Gerak bola pada tendangan bebas ini membentuk lintasan parabola agar menghasilkan gol. Penendang bola harus mempertimbangkan kekuatan tendangan, arah angin, dan tinggi bola.

Fisika SMA/MA XI

1

Peta Konsep Kinematika

Kecepatan

Percepatan

Gerak lurus dengan percepatan konstan

dapat dinyatakan sebagai

Gerak lurus

Vektor posisi, vektor kecepatan dan vektor percepatan

Gerak parabola

Gerak dalam bidang

Gerak melingkar

Gerak melingkar dengan kelajuan konstan dan jari-jari konstan

Gerak melingkar dengan jarijari konstan

Tujuan Pembelajaran : Setelah mempelajari bab ini, kalian diharapkan mampu menggunakan vektor untuk menganalisis gerak lurus, gerak melingkar, dan gerak parabola.

2

Fisika SMA/MA XI

Motivasi Belajar Pernahkah kalian memerhatikan sebuah mobil yang berjalan, seorang anak yang berlari, kereta yang berjalan, bola yang melayang karena ditendang, dan benda-benda yang sedang bergerak lainnya? Kalian tentu sering melihat begitu banyak benda yang bergerak di sekitar kalian. Bagaimana bentuk gerak benda-benda tersebut? Bagaimana pula persamaan geraknya? Kalian akan lebih memahami mendapatkan jawabannya dengan mempelajari bab ini.

Kata-kata Kunci gerak, kecepatan, kelajuan, perpindahan, vektor

Salah satu cabang ilmu dalam Fisika yang mempelajari tentang gerak adalah kinematika. Pada cabang ilmu ini kita akan mempelajari gerakan benda, apakah gerakannya lurus, atau melingkar, atau mungkin membentuk lintasan yang lain seperti parabola. Kita juga akan mempelajari perubahan gerak benda. Perubahan gerakan benda menunjukkan adanya percepatan. Bagaimanakah percepatan yang dialami oleh sebuah bola yang melayang karena ditendang oleh seorang pemain sepak bola? Bagaimana juga dengan buah kelapa yang jatuh dari atas pohonnya, samakah kecepatannya setiap saat? Tahukah kalian bagaimana gerakan pesawat yang terbang di permukaan bumi? Apakah bergerak lurus, ataukah bergerak melingkar beraturan? Seperti apakah gerak melingkar?

A. Gerak Lurus Gerak lurus yaitu gerak yang lintasannya merupakan garis lurus. Kita dapat menganggap gerak lurus ini hanya bergerak pada satu dimensi atau pada satu arah saja, karena hanya satu arah, tanda vektor dapat hilang. Karena hanya satu arah, tanda vektor dapat dihilangkan. Dalam gerak lurus, kita akan mengenal istilah kecepatan, kelajuan, kecepatan rata-rata, dan percepatan. Fisika SMA/MA XI

3

1. Kecepatan dan Kelajuan Kendaraan yang berjalan di jalan raya dapat bergerak dengan kecepatan tetap apabila tidak ada hambatan selama perjalanan. Akan tetapi, kendaraan tersebut harus mengurangi kecepatan bahkan berhenti karena terhalang pintu kereta api atau lampu lalu lintas.

a. Sumber : Penerbit

Gambar 1.1 Kendaraan berhenti waktu ada palang KA

Kelajuan Rata-Rata

Sebuah bus bergerak dengan kelajuan rata-rata 40 km per jam, artinya dalam waktu satu jam bus bergerak menempuh jarak 40 km. Jadi, kelajuan bus adalah :

.... (1) Apabila sebuah bus bergerak dengan kecepatan ratarata 40 km/jam, maka dalam waktu 1 jam bus menempuh jarak 40 km/jam. Mungkin bus selalu bergerak dengan kelajuan tetap sebesar 40 km/jam. Mungkin juga bus mulamula bergerak dengan kelajuan 40 km per jam selama setengah jam, lalu bus berhenti karena sang sopir hendak makan, lalu bus bergerak lagi dengan kecepatan 80 km/jam selama setengah jam. Total jarak yang ditempuh bus tetap 40 km selama 1 jam. Dengan demikian, kelajuan rata-rata tidak bisa menggambarkan gerakan setiap saat. Begitu juga dengan kecepatan rata-rata. Kecepatan rata-rata didefinisikan sebagai: .... (2) Satuan kelajuan dalam standar internasional (SI) adalah m/detik. Dalam kehidupan sehari-hari sering digunakan satuan km/jam. Apa perbedaan antara kecepatan rata-rata dengan kelajuan rata-rata? Perbedaan antara kecepatan rata-rata dan kelajuan rata-rata bukan sekadar perbedaan antara besaran vektor dan besaran skalar saja. Kecepatan rata-rata merupakan besaran vektor karena perpindahan adalah perubahan posisi. Kita ambil gerak pada arah sumbu x. Jika posisi mula-mula adalah

4

Fisika SMA/MA XI

dan posisi selanjutnya adalah

maka perpindahannya: .... (3)

Perpindahan bisa positif atau negatif tergantung besar dan .

0

'x

Gambar 1.2 Posisi mobil bergerak dari titik

ke titik

, perpindahannya

> maka gerakan positif atau ke kanan, jika Jika maka gerakan ke kiri.

-

<

Contoh Soal 1 Seorang anak pergi ke toko dengan menggunakan sepeda. Semula, dalam waktu 4 menit ia dapat menempuh jarak 150 meter. Ternyata dia lupa membawa uangnya sehingga dia kembali ke rumah dalam waktu 2 menit. Di rumah dia mencari dompetnya selama 5 menit. Kemudian dia berangkat lagi ke toko yang berjarak 500 meter dalam waktu 9 menit. Berapa kecepatan rata-rata anak itu? Berapa kelajuan rata-rata anak itu? Penyelesaian : Jika rumah anak diberi posisi nol maka posisi toko pada x = 500 m. Perpindahan posisi anak itu adalah - = 500 m. Untuk mencari kecepatan rata-rata, kita hanya melihat posisi awal dan akhirnya saja tanpa melihat bagaimana dia menempuh jarak itu. Waktu yang diperlukan: 4 menit + 2 menit + 5 menit + 9 menit = 20 menit. Kecepatan rata-rata anak itu:

Jadi, kecepatan rata-rata anak itu 25 m/menit atau dalam Standar Internasional (SI) 0,42 m/detik.

Fisika SMA/MA XI

5

Jarak total yang ditempuh anak itu adalah 150 + 150 + 500 = 800 meter. Waktu yang diperlukan anak itu adalah 20 menit. Jadi, kelajuan anak itu adalah 40 m/menit atau 0,67 m/detik.

Kecepatan rata-rata berbeda dengan rata-rata kecepatan karena waktu selama gerakan berbeda. Pada contoh 1, kecepatan rata-rata anak ketika berangkat adalah 150/4 menit = 0,625 m/detik, kecepatan saat kembali ke rumah adalah -150/2 menit = -1,25 m/detik, kecepatan rata-rata anak itu saat berangkat kembali ke toko adalah 1,39 m/detik. Rata-rata ketiga kecepatan itu

Contoh Soal 2 Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan rata-rata 30 km/jam. Berapakah jarak yang ditempuh oleh mobil selama 10 menit? Penyelesaian : Perpindahan yang dialami mobil adalah

Jadi, selama 10 menit, mobil berpindah sejauh 5000 meter atau 5 km.

Soal Latihan Sebuah kapal boat bergerak dengan kecepatan rata-rata 10 m/det. Berapakah perpindahan yang ditempuh selama 5 detik?

6

Fisika SMA/MA XI

Apabila perpindahan dinyatakan dalam grafik fungsi waktu, maka kecepatan rata-rata adalah kemiringan dari garis lurus yang ditarik dari titik awal sampai titik akhirnya. Kita bisa melihatnya pada Gambar 1.3.

Gambar 1.3 Posisi sebagai fungsi waktu. Benda bergerak dari titik A ke titik C melalui titik B. Kecepatan rata-rata dari A sampai B adalah kemiringan garis lurus AB, dan kecepatan rata-rata dari A sampai C adalah kemiringan garis AC.

Kecepatan rata-rata adalah kemiringan garis lurus yang ditarik dari titik awal sampai titik yang dituju. Bila kita mencari kecepatan rata-rata dari A sampai B maka kecepatan rataratanya kemiringan garis AB

....

(4)

Kecepatan rata-rata dari titik A ke titik C , kemiringan garis AC.

....

Fisika SMA/MA XI

(5)

7

b.

Kecepatan Sesaat Kecepatan sesaat kita definisikan sebagai:

Limit 't o 0 merupakan turunan x terhadap t sehingga dapat kita tuliskan: .... (6)

Besar kecepatan sesaat adalah kelajuan sesaat. Kecepatan sesaa...