BUKU FISIKA UNTUK KELAS X SMA PDF

Preview

Summary

Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang Joko Sumarsono FI SI KA Untuk SMA/ MA Kelas X Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang Fisika Untuk SMA/MA Kelas X Disusun oleh: Joko Sumarsono Editor : Diyah Nuraini Design Cover : Desteka Setting/...

Description

Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang

Joko Sumarsono

FI SI KA Untuk SMA/ MA Kelas X

Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang

Fisika Untuk SMA/MA Kelas X Disusun oleh: Joko Sumarsono

Editor Design Cover Setting/Layout

530.07 JOK f

: Diyah Nuraini : Desteka : Ike Marsanti, Esti Pertiwi

JOKO Sumarsono Fisika : Untuk SMA/MA Kelas X / disusun Oleh Joko Sumarsono ; editor, Diyah Nuraini. — Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009. v, 218 hlm. : ilus. : 25 cm. Bibliografi : hlm.211-212 Indeks: 217 ISBN 978-979-068-166-8 (no.jld.lengkap) ISBN 978-979-068-169-9 1.Fisika-Studi dan Pengajaran I. Judul II. Diyah Nurain i

Buku ini telah dibeli hak ciptanya oleh Departemen Pendidikan Nasional dari Penerbit CV Teguh Karya

Diterbitkan oleh Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2008 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 2008, 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 tanggal 25 Juni 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, Februari 2009 Kepala Pusat Perbukuan

Kata Pengantar

P

uji syukur patut kalian panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat dan karunia-Nya kalian memperoleh kesempatan untuk melanjutkan belajar ke jenjang berikutnya. Saat ini kalian akan diajak kembali belajar tentang Fisika. Fisika merupakan salah satu cabang IPA yang mendasari perkembangan teknologi maju dan konsep hidup harmonis dengan alam. Perkembangan pesat di bidang teknologi informasi dan komunikasi dewasa ini, sedikit banyak dipicu oleh temuan-temuan di bidang fisika material melalui penemuan piranti mikroelektronika yang mampu memuat banyak informasi dengan ukuran yang sangat kecil. Oleh karena itu, sebagai seorang pelajar kalian perlu memiliki kemampuan berpikir, bekerja, dan bersikap ilmiah serta berkomunikasi sebagai salah satu aspek penting kecakapan hidup di era globalisasi ini. Buku ini ditulis untuk memenuhi kebutuhan kalian akan pengetahuan, pemahaman, dan sejumlah kemampuan yang dipersyaratkan untuk memasuki jenjang pendidikan yang lebih tinggi serta mengembangkan ilmu dan teknologi. Selain itu, juga untuk membantu kalian mengembangkan kemampuan bernalar, mengembangkan pengalaman, memupuk sikap ilmiah, dan membentuk sikap positif terhadap fisika. Buku ini memuat aspek materi fisika yang menekankan pada segala bentuk fenomena alam dan pengukurannya, gerak benda dengan berbagai hukumnya, penerapan gejala gelombang dalam berbagai bidang ilmu fisika, dan lain-lain yang disusun secara sistematis, komprehensif, dan terpadu. Dengan demikian, kalian akan memperoleh pemahaman yang lebih luas dan mendalam tentang aspek-aspek tersebut. Akhirnya, semoga buku ini bermanfaat bagi kalian dalam memperoleh pengetahuan, pemahaman, dan kemampuan menganalisis segala hal yang berkaitan dengan fenomena alam sehingga kalian mampu hidup selaras berdasarkan hukum alam, mampu mengelola sumber daya alam dan lingkungan serta mampu mengurangi dampak bencana alam di sekitar kalian. Selamat belajar, semoga sukses. Juli, 2007

Penulis

iii

Daftar I si KATA SAMBUTAN .................................................................................................. KATA PENGANTAR ......................................................................................... PANDUAN PENGGUNAAN BUKU ...................................................................... DAFTAR ISI ........................................................................................................ BAB 1 BESARAN DAN SATUAN .................................................................. A. Fisika dan Ruang Lingkupnya ......................................................... B. Besaran Pokok dan Satuan Standar .................................................. C. Besaran Turunan .............................................................................. D. Dimensi Besaran .............................................................................. E. Alat Ukur ......................................................................................... F. Besaran Vektor ................................................................................. Kilas Balik .............................................................................................. Uji Kompetensi ...................................................................................... BAB 2 GERAK LURUS ................................................................................... A. Kedudukan, Jarak, dan Perpindahan ............................................... B. Kelajuan dan Kecepatan .................................................................. C. Percepatan ........................................................................................ D. Gerak Lurus Beraturan (GLB) ......................................................... E. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) ........................................ F. Gerak Jatuh Bebas ............................................................................ G. Gerak Vertikal ke Atas ...................................................................... Kilas Balik .............................................................................................. Uji Kompetensi ...................................................................................... BAB 3 GERAK MELINGKAR BERATURAN ............................................... A. Pengertian Gerak Melingkar Beraturan ........................................... B. Besaran-Besaran dalam Gerak Melingkar ........................................ C. Hubungan Besaran-Besaran Sudut dan Besaran Tangensial............ D. Hubungan Roda-Roda pada Gerak Melingkar ............................... Kilas Balik .............................................................................................. Uji Kompetensi ...................................................................................... BAB 4 HUKUM NEWTON TENTANG GERAK ........................................ A. Pengertian Gaya ............................................................................... B. Hukum I Newton ............................................................................ C. Hukum II Newton........................................................................... D. Hukum III Newton ......................................................................... E. Berat - Gaya Gravitasi dan Gaya Normal ........................................ F. Aplikasi Hukum-Hukum Newton tentang Gerak .......................... G. Dinamika Gerak Melingkar Beraturan ............................................ Kilas Balik ..............................................................................................

iv

iii iv v vi 1 2 4 10 11 14 19 25 25 29 30 32 37 38 41 45 48 52 52 56 58 58 60 65 68 69 73 74 75 77 80 81 83 93 98

Uji Kompetensi ...................................................................................... UJI KOMPETENSI SEMESTER 1 ......................................................................... BAB 5 ALAT-ALAT OPTIK ............................................................................. A. Mata Manusia .................................................................................. B. Lup (Kaca Pembesar) ....................................................................... C. Mikroskop ........................................................................................ D. Teleskop (Teropong Bintang) .......................................................... E. Teropong Terestrial (Teropong Bumi) ............................................. F. Kamera ............................................................................................. Kilas Balik .............................................................................................. Uji Kompetensi ...................................................................................... BAB 6 SUHU DAN KALOR........................................................................... A. Suhu (Temperatur) .......................................................................... B. Pemuaian .......................................................................................... C. Pengaruh Kalor terhadap Suatu Zat ................................................ D. Kalor sebagai Transfer Energi ........................................................... E. Perpindahan Kalor ........................................................................... Kilas Balik .............................................................................................. Uji Kompetensi ...................................................................................... BAB 7 LISTRIK ............................................................................................... A. Arus Listrik....................................................................................... B. Hambatan Listrik dan Beda Potensial ............................................. C. Hambatan Jenis ............................................................................... D. Daya dan Energi Listrik ................................................................... E. Arus Bolak-Balik (AC) ..................................................................... F. Rangkaian Seri dan Paralel Resistor ................................................. G. Ggl dan Rangkaian Ggl ................................................................... H. Daya pada Rangkaian Listrik Rumah Tangga ................................. I. Amperemeter dan Voltmeter DC .................................................... Kilas Balik .............................................................................................. Uji Kompetensi ...................................................................................... BAB 8 GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK ............................................ A. Perubahan Medan Listrik Menimbulkan Medan Magnet .............. B. Cahaya sebagai Gelombang Elektromagnetik dan Spektrum Elektromagnetik ....................................................... C. Aplikasi Gelombang Elektromagnetik ............................................. Kilas Balik .............................................................................................. Uji Kompetensi ......................................................................................

99 102 111 112 115 118 121 124 125 129 130 133 134 137 146 146 154 159 160 163 164 166 167 169 171 172 175 178 179 182 183 187 188

UJI KOMPETENSI SEMESTER 2 ......................................................................... GLOSARIUM ......................................................................................................... DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ DAFTAR KONSTANTA .......................................................................................... KUNCI JAWABAN NOMOR GENAP ................................................................... INDEKS .....................................................................................................................

201 209 211 213 216 217

190 195 198 199

v

PET AK ONSEP PETA KONSEP Bab 1 Besaran dan Satuan

Arti Fisika

Hubungan Fisika dengan ilmu pengetahuan lain

Fisika

Pengukuran

Besaran

Berdasarkan arahnya

Satuan

Besaran pokok

Satuan standar

Satuan tidak standar

Besaran turunan Konversi satuan Vektor

Skalar Dimensi besaran

1

Pesawat terbang

BESARAN DAN SATUAN

Sumber: Encarta Encyclopedia, 2006

C

oba perhatikan gambar di atas. Untuk membuat sebuah pesawat terbang dibutuhkan banyak tenaga ahli. Terutama untuk menghitung berbagai komponen di dalamnya. Komponen-komponen dalam sebuah pesawat terbang harus secara cermat dihitung ukuran, berat, letak, bentuk, sampai sifat-sifatnya. Hal ini tentu saja bertujuan agar pesawat yang dihasilkan akan nyaman dipakai, cepat, dan aman. Nah, untuk membuat pesawat terbang sangat berkaitan erat dengan ilmu fisika. Mengapa ilmu fisika itu penting? Untuk mengetahuinya ikuti uraian berikut ini.

Bab 1 Besaran dan Satuan



alat ukur, besaran, dimensi, satuan, satuan internasional

A.

Fisika adalah salah satu ilmu pengetahuan alam dasar yang banyak digunakan sebagai dasar bagi ilmu-ilmu yang lain. Fisika adalah ilmu yang mempelajari gejala alam secara keseluruhan. Fisika mempelajari materi, energi, dan fenomena atau kejadian alam, baik yang bersifat makroskopis (berukuran besar, seperti gerak Bumi mengelilingi Matahari) maupun yang bersifat mikroskopis (berukuran kecil, seperti gerak elektron mengelilingi inti) yang berkaitan dengan perubahan zat atau energi. Fisika menjadi dasar berbagai pengembangan ilmu dan teknologi. Kaitan antara fisika dan disiplin ilmu lain membentuk disiplin ilmu yang baru, misalnya dengan ilmu astronomi membentuk ilmu astrofisika, dengan biologi membentuk biofisika, dengan ilmu kesehatan membentuk fisika medis, dengan ilmu bahan membentuk fisika material, dengan geologi membentuk geofisika, dan lain-lain. Pada bab ini akan dipelajari tentang dasar-dasar ilmu fisika.

Fisika dan Ruang Lingkupnya 1. Arti Fisika

Sumber: Ensiklopedi Umum untuk Pelajar, PT Ichtiar Baru van Hoeve, 2005

Gambar 1.1 Gerak planetplanet pada sistem tata surya dipelajari dalam fisika.

Fisika X untuk SMA/MA

Fisika berasal dari bahasa Yunani yang berarti “alam”. Fisika adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat dan gejala pada benda-benda di alam. Gejala-gejala ini pada mulanya adalah apa yang dialami oleh indra kita, misalnya penglihatan menemukan optika atau cahaya, pendengaran menemukan pelajaran tentang bunyi, dan indra peraba yang dapat merasakan panas. Mengapa kalian perlu mempelajari Fisika? Fisika menjadi ilmu pengetahuan yang mendasar, karena berhubungan dengan perilaku dan struktur benda, khususnya benda mati. Menurut sejarah, fisika adalah bidang ilmu yang tertua, karena dimulai dengan pengamatanpengamatan dari gerakan benda-benda langit, bagaimana lintasannya, periodenya, usianya, dan lain-lain. Bidang ilmu ini telah dimulai berabad-abad yang lalu, dan berkembang pada zaman Galileo dan Newton. Galileo merumuskan hukum-hukum mengenai benda yang jatuh, sedangkan Newton mempelajari gerak pada umumnya, termasuk gerak planet-planet pada sistem tata surya.

Pada zaman modern seperti sekarang ini, ilmu fisika sangat mendukung perkembangan teknologi, industri, komunikasi, termasuk kerekayasaan (engineering), kimia, biologi, kedokteran, dan lain-lain. Ilmu fisika dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan mengenai fenomenafenomena yang menarik. Mengapa bumi dapat mengelilingi matahari? Bagaimana udara dapat menahan pesawat terbang yang berat? Mengapa langit tampak berwarna biru? Bagaimana siaran/tayangan TV dapat menjangkau tempattempat yang jauh? Mengapa sifat-sifat listrik sangat diperlukan dalam sistem komunikasi dan industri? Bagaimana peluru kendali dapat diarahkan ke sasaran yang letaknya sangat jauh, bahkan antarbenua? Dan akhirnya, bagaimana pesawat dapat mendarat di bulan? Ini semua dipelajari dalam berbagai bidang ilmu fisika. Bidang fisika secara garis besar terbagi atas dua kelompok, yaitu fisika klasik dan fisika modern. Fisika klasik bersumber pada gejala-gejala yang ditangkap oleh indra. Fisika klasik meliputi mekanika, listrik magnet, panas, bunyi, optika, dan gelombang yang menjadi perbatasan antara fisika klasik dan fisika modern. Fisika modern berkembang mulai abad ke-20, sejak penemuan teori relativitas Einstein dan radioaktivitas oleh keluarga Curie.

Sumber: Jawa Pos, 27 Juli 2006

Gambar 1.2 Bom atom merupakan penerapan teori relativitas.

2. Hubungan Ilmu Fisika dengan Ilmu Pengetahuan Lain Tujuan mempelajari ilmu fisika adalah agar kita dapat mengetahui bagian-bagian dasar dari benda dan mengerti interaksi antara benda-benda, serta mampu menjelaskan mengenai fenomena-fenomena alam yang terjadi. Walaupun fisika terbagi atas beberapa bidang, hukum fisika berlaku universal. Tinjauan suatu fenomena dari bidang fisika tertentu akan memperoleh hasil yang sama jika ditinjau dari bidang fisika lain. Selain itu konsep-konsep dasar fisika tidak saja mendukung perkembangan fisika sendiri, tetapi juga perkembangan ilmu lain dan teknologi. Ilmu fisika menunjang riset murni maupun terapan. Ahli-ahli geologi dalam risetnya menggunakan metode-metode gravimetri, akustik, listrik, dan mekanika. Peralatan modern di rumah sakit-rumah sakit menerapkan ilmu fisika. Ahli-ahli astronomi memerlukan optik spektografi dan teknik radio. Demikian juga ahli-ahli meteorologi (ilmu cuaca), oseanologi (ilmu kelautan), dan seismologi memerlukan ilmu fisika.

Sumber: Jendela Iptek Listrik, PT Balai Pustaka, 2000

Gambar 1.3 Peralatan modern di bidang kedokteran memanfaatkan ilmu fisika.

Bab 1 Besaran dan Satuan

!

3. Pengukuran

Sumber: Ensiklopedi Sains dan Kehidupan, CV Tarity Samudra Berlian, 2003

Gambar 1.4 Meteran adalah alat ukur yang paling sederhana.

Fisika lahir dan berkembang dari hasil percobaan dan pengamatan. Percobaan (eksperimen) dan pengamatan (observasi) memerlukan pengukuran (measurement) dengan bantuan alat-alat ukur, sehingga diperoleh data/ hasil pengamatan yang bersifat kuantitatif. Sebagai contoh, hasil pengukuran pada suatu percobaan diperoleh panjang terukur 4 meter, volume air 10 cm3 pada suhu 15 oC. Dalam fisika, panjang, volume, dan suhu adalah sesuatu yang dapat diukur. Sesuatu yang dapat diukur itu disebut besaran. Besaran mempunyai dua komponen utama, yaitu nilai dan satuan. Dalam ilmu fisika, perlu diingat bahwa tidak semua besaran fisika mempunyai satuan, sebagai contoh indeks bias dan massa jenis relatif.

Percikan Fisika Memotret Matahari Salah satu kehebatan Zaman Ruang Angkasa adalah bagaimana foto dari ruang angkasa menyerupai peta yang digambar menggunakan pengukuran yang dibuat di Bumi. Para penyigi mengkhususkan diri pada pemetaan dan teodolit merupakan perkakas mereka yang paling penting. Para penyigi ini melakukan pengukuran jarak jauh di suatu pulau di Benua Arktika un...