'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
RUANG LINGKUP ILMU FISIKA
- Definisi Ilmu Fisika
• Ilmu fisika adalah ilmu yang mempelajari gejala alam yang
tidak hidup serta interaksi dalam lingkup ruang dan waktu.
Dalam bahasa Yunani ilmu fisika disebut dengan physikos
yang artinya “alamiah”.
• Orang yang mempelajari ilmu fisika adalah mengamati perilaku
dan sifat materi dalambidang yang beragam,mulai dari
partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika
partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai
satu kesatuan kosmos.
• Ilmu Fisika juga berkaitan erat dengan matematika karena
banyak teori fisika dinyatakan dalam notasi matematis
dan perbedaannya adalah fisika berkaitan dengan pemerian
duniamaterial, sedangkanmatematika berkaitan dengan
pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia
material
• Aplikasi ilmu fisika banyak diterapkan pada bidang lain, misalnya
Geofisika, Biofisika, Fisika-kimia, Ekonofisika, dsb.
• Teori utama dalam ilmu Fisika
1. Mekanika Klasik :Hukum Newton, Mekanika Lagrangian,
Mekanika Hamiltonian, Dinamika fluida, Mekanika kontinuum.
2. Elektromagnetik :Elektrostatik, Listrik, Magnetik, dan Perdede@
fisika.ui.ac.id -1-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
samaan Maxwell.
3. Mekanika Kuantum : Persamaan Schr ¨odinger dan Teori
medan kuantum.
4. Relativitas : Relativitas khusus dan umum.
• Bidang utama dalam Fisika
1. Astrofisika : Kosmologi, Ilmu planet, Fisika plasma Big
Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi
universal.
2. Fisika atom, molekul dan optik
3. Fisika partikel :Fisika Akselerator dan Fisika nuklir.
4. Fisika benda kondensasi :Fisika benda padat, Fisika material,
Fisika polimer dsb.
dede@fisika.ui.ac.id -2-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
BESARAN DALAM ILMU FISIKA
- Besaran Pokok
• Besaran Pokok adalah besaran yang tidak tergantung pada
besaran yang lain.
Menurut Sistem International(SI) 1960,“Bureau of Weight
and Measures”(Paris)
Besaran Simbol Satuan
Panjang l m-meter
Massa m kg-kilogram
Waktu t s-detik
Arus listrik I A-ampere
Temperatur T K-kelvin
Intensitas penyinaran Lc Cd-candela
Banyak zat N mol
• Selain besaran pokok ada juga besaran yang melengkapi
besaran pokok yaitu sudut bidang dalam Radian(Rad) dan
sudut ruang dalam Steradian(Sr). Sudut terbesar pada sudut
bidang adalah 4π rad dan sudut terbesar pada sudut
ruang adalah 4π Sr.
dede@fisika.ui.ac.id -3-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
r
r
r
1 rad
1 Sr r r
Luas
(a) Sudut Bidang (b) Sudut Ruang
Gambar 1: Sudut bidang(radian) dan Sudut ruang(steradian)
- Besaran Turunan
• Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran
pokok. Besaran turunan antara lain :
Kecepatan, Percepatan, Gaya, Momentumdan Impuls, Energi
dan Kerja, Gaya Listrik dan Magnetik, Medan Listrik, dan
Magnetik, Potensial listrik dan Induksi magnetik, dsb
- Satuan
• Satuan adalah ukuran dari suatu besaran. Ada dua macam
bentuk satuan yaitu : Metrik dan non–Metrik masingmasing
terdiri atas sistem statik dan dinamik
• Sistem rasionalisasi ada dua macam yaitu Statik dan Dinamik.
• Sistem statik terdiri atas sistem gravitasi dan sistem teknis(
praktis) sepertimeter–kilogram–sekon dan ft–lbwt-sec/ft–
lbf–sec.
dede@fisika.ui.ac.id -4-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
• Sistemdinamik terdiri atas sistemcgs(cm–gram–sekon) dan
mks(meter–kilogram–sekon).
• Satuan Internasional adalah Sistem MKS yang telah disempurnakan
⊲ Meter: satu meter adalah panjang lintasan cahaya di ruang
vakum selama
1
299.792.458 detik.
⊲ Kilogram : satu kilogram adalah massa kilogram berbentuk
silinder yang dibuat dari bahan platina iridium(S´evres Perancis).
⊲ Second: satu detik adalah interval waktu dari 9.192.631, 770
kali getar radiasi dari atom Cs133
⊲ Ampere: satu ampere adalah arus tetap yang terjadi bila dua
konduktor lurus sejajar dengan panjang tak berhingga berjarak
satu meter diletakkan dalam ruang vakum akan menghasilkan
gaya antara dua konduktor sebesar 2 × 10−7N.
⊲ Kelvin: satu kelvin adalah 1
273 bagian dari temperatur termodinamis
dari titik triple air.
⊲ Candela: satu candela adalah kuat penerangan tegak lurus
permukaan yang luasnya 1
600000 m2 dari sebuah benda hitam
pada titik beku platina(2046.65K)dan tekanan 1 atm.
- Dimensi
• Dimensi adalah penulisan suatu formula fisika denganmenggunakan
besaran-besaran pokok, seperti Massa [M], Panjang
[L], Waktu [T], Temperatur [θ], Arus listrik [I]
dede@fisika.ui.ac.id -5-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
Besaran Dimensi
Kecepatan LT−1
Percepatan LT−2
Gaya MLT−2
Energi ML2T−2
Momentum MLT−1
Vektor dan Skalar
• Besaran Vektor adalah besaran yang memiliki besar(nilai)
dan mempunyai arah misalnya : pergeseran, kecepatan,
percepatan, medan listrik-magnet dsb.
• Besaran Skalar adalah besaran yang hanya memiliki besar(
nilai) saja misalnyamassa, temperatur, kerja, energi dsb.
- Notasi vektor
• Vektor dilambangkan dengan tanda panah(!) atau huruf
tebal. Misalkan vektor A dilambangkan dengan ~A atau A
dan diikuti dengan vektor satuan ~B
ˆb
atau Bˆb
• Dalam sistem koordinat Cartesius dengan sumbu x, y dan
z pada arah positif adalah vektor satuannya ˆx, ˆy, ˆz atau
ˆi,ˆj,
ˆ
k. Sehingga penulisan suatu vektor dalam ruang dadede@
fisika.ui.ac.id -6-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
pat dinyatakan sbb:
~A
= ~A ˆx + ~A ˆy + ~A ˆz atau A = Aˆx + Aˆy + Aˆz (1)
~B
= ~B
ˆi
+ ~B
ˆj
+ ~B ˆk atau B = Bˆi + Bˆi + Bˆk
A
A
A
B
A=−B
Gambar 2: Gambar vektor dan penulisan vektor
- Perhitungan vektor
• Suatu vektor dikatakan sama besar jika besar, sejajar dan
arahnya sama seperti vektor ~a = ~b dan jika berlawanan
arah maka vektor ~a = −~b.
• Penjumlahan Vektor
~a = ~aˆi +~aˆj +~aˆk dan ~b =~bˆi +~bˆj +~bˆk (2)
Maka penjumlahan vektor ~A dan vektor ~B adalah
~A
+ ~B = (~A + ~B )ˆi + (~A + ~B )ˆj + (~A + ~B )ˆk (3)
• Pengurangan Vektor Maka pengurangan vektor ~A dan vektor
~B
adalah
~A
− ~B = (~A − ~B )ˆi + (~A − ~B )ˆj + (~A − ~B )ˆk (4)
dede@fisika.ui.ac.id -7-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
• Sifat-sifat Aljabar Vektor
1. A + B = B + A (Sifat Komutatif)
2. A + (B + C) = (A + B) + C (Sifat Asosiatif)
3. mA = Am (Sifat Komutatif Perkalian)
4. m(nA) = (mn)A (Sifat Asosiatif Perkalian)
5. (m + n)A = mA + nA (Sifat Distributif)
6. m(A + B) = mA + nA (Sifat Distributif)
• Vektor Satuan Vektor satuan dinyatakan sebagai
ˆa =
~A
|A|
(5)
Arah vektor satuan sama dengan arah vektor dan dinyatakan
denganˆi,ˆj
i O
j
k
x
y
z
Gambar 3: Vektor satuan
dede@fisika.ui.ac.id -8-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
Mencari Resultan Vektor
- Metode Jajaran Genjang
• Ada vektor ~a dan~b maka resultannya ~R
a
f
b
q
r=a+b
Gambar 4: Resultan vektor dengan metode jajaran genjang
|~R| = |~a +~b| = q|~a|2 + |~b|2 + 2|~a||~b| cos θ (6)
• Arah ~R dapat ditentukan oleh sudut antara ~R dan ~a atau~b
misalkan φ maka
|~b|
sin φ
=
|~a +~b|
sin(180 − θ)
(7)
sin φ =
|~b| sin θ
|~a +~b|
(Aturan Sinus)
• Mencari selisih vektor sama dengan penjumlah vektor yaitu
|~R | = |~a −~b| = |~a + ~−b| (8)
= q|~a|2 + |~b|2 − 2|~a||~b| cos θ
dede@fisika.ui.ac.id -9-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
Arah resultannya vektor ~R adalah
| −~b|
sin φ
=
|~a −~b|
sin θ
(9)
sin φ =
|~b| sin θ
|~a −~b|
- Metode Segitiga
• Metode ini mencari resultannya mirip dengan metode jajaran
genjang yaitu
|~R| = |~a +~b| = q|~a|2 + |~b|2 + 2|~a||~b| cos θ (10)
• Arah ~R dapat ditentukan oleh sudut antara ~R dan ~a atau~b
misalkan φ maka
|~b|
sin φ
=
|~a +~b|
sin(180 − θ)
! sin φ =
|~b| sin θ
|~a +~b|
a
b
R=a+b
q
Gambar 5: Resultan vektor dengan metode segitiga
dede@fisika.ui.ac.id -10-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
- Metode Uraian Komponen Vektor
• Metode uraian komponen yaitu penguraian komponennya
dalam arah x, y dan z misalkan ada dua vektor~a = ~aˆi +~aˆj
dan vektor~b =~bˆi +~bˆj maka resultannya ~R = ~R
ˆi
+ ~R
ˆj
vektor komponen x komponen y
~a ~aˆi ~aˆi
~b ~bˆi ~bˆi
~R
ˆi
= ~aˆi +~bˆi
~R
ˆj
= ~aˆj +~bˆj
b
bx
by
a
ay
ax
Y
X
Massa
45o 30o
Mg
T 1x T
2x
T2y
T1y
b a
Gambar 6: Resultan vektor dengan metode uraian vektor
dede@fisika.ui.ac.id -11-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
%
Perkalian Vektor
• Vektor dengan konstanta
k~a = k~aˆi + k~aˆj + k~aˆj k=konstanta (11)
• Perkalian titik(dot product)
~a ·~b = |~a||~b| cos(~a,~b) (12)
s
F F
i
j
k
i .j =0
i . i =1
W=F. s
Gambar 7: Perkalian dot
Sifat-sifat perkalian dot
1. A · B = B · A
2. A · (B + C) = A · B + A · C
3. m(A · B) = (mA) · B = A · (mB) m=skalar
4. ˆi ·ˆi = ˆj ·ˆj = ˆk · ˆk = 1 danˆi ·ˆj = ˆj · ˆk = k ·ˆi = 0
5. A · B = 0; A dan B saling tegak lurus
• Perkalian kali(cross product)
~a ×~b = |~a||~b| sin(~a,~b) (13)
dede@fisika.ui.ac.id -12-
'Kuliah Fisika Dasar
&
$
