PUSTAKA TEMAS · Edisi pendalaman · 23 Oktober 2026
Fisika Kelas XI
Menjelaskan gejala melalui model dan pengukuran
Buku Fisika kelas XI menyediakan jalur baca utuh dan belajar per pelajaran. Setiap bab bergerak dari persoalan, konsep, bukti, latihan, proyek, hingga revisi.
Ilmu dipakai dengan adab: data dicatat jujur, sumber disebut, keselamatan dijaga, dan manfaat diperiksa. Naskah disusun dengan bantuan AI dan perlu terus diperbaiki melalui telaah guru serta hasil belajar.
Seluruh kasus dan angka latihan merupakan simulasi. Naskah disusun dengan bantuan AI dan belum memperoleh telaah ahli manusia. Nomor pelajaran tetap sama dengan edisi awal; isi edisi ini diperdalam.
Bab 1 · Fluida
Fluida statis dan bergerak dianalisis melalui tekanan, massa jenis, debit, serta batas model aliran ideal.
Pelajaran 1 · Tekanan dan fluida statis
Tujuan
Menghitung tekanan hidrostatis dan gaya apung dengan acuan tekanan yang jelas.
Bekal awal: Membaca satuan, tabel, dan hubungan sebab-akibat sederhana.
Pahami konsepnya
Tekanan adalah gaya normal per luas. Pada cairan diam dengan massa jenis tetap, tekanan bertambah dengan kedalaman. Gaya apung berasal dari perbedaan tekanan pada permukaan benda dan besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan.
Cara kerja dan batas model
Tekanan ukur p = ρgh; tekanan absolut menambahkan tekanan permukaan. Gaya apung FA = ρfluida g Vtercelup. Volume yang digunakan adalah bagian tercelup, bukan selalu seluruh volume benda.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Tekanan | pascal, 1 Pa = 1 N/m² |
| Hidrostatis | Δp = ρgΔh |
| Apung | FA = ρgVtercelup |
Contoh bertahap
Berapa tekanan ukur air pada kedalaman 2 m jika ρ = 1.000 kg/m³ dan g = 10?
- Gunakan p = ρgh.
- p = 1.000 × 10 × 2 = 20.000 Pa.
- Tekanan absolut masih harus ditambah tekanan udara di permukaan; bentuk wadah tidak masuk rumus.
Waspadai kekeliruan
Gaya apung selalu sama dengan berat benda. — Tidak tepat. Kesamaan berlaku pada keseimbangan terapung tanpa gaya vertikal lain. Benda tenggelam dapat memiliki berat lebih besar daripada gaya apung.
Latihan mandiri
Benda tercelup memindahkan 0,002 m³ air. Hitung gaya apungnya untuk g = 10.
Petunjuk
Gunakan massa jenis air 1.000 kg/m³.
Pembahasan · buka setelah mencoba
FA = 1.000 × 10 × 0,002 = 20 N. Ini ditentukan fluida yang dipindahkan, bukan massa benda.
Periksa pernyataan: “Gaya apung selalu sama dengan berat benda.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Kesamaan berlaku pada keseimbangan terapung tanpa gaya vertikal lain. Benda tenggelam dapat memiliki berat lebih besar daripada gaya apung.
Kuis dan pembahasan
Kedalaman dalam air digandakan. Tekanan ukurnya menjadi …
- dua kali
- setengah
- tetap
- empat kali
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: dua kali
p ukur sebanding dengan h untuk massa jenis dan g tetap; tekanan absolut tidak harus tepat dua kali.
Praktik dan refleksi
Sketsa dua wadah berbeda bentuk dengan kedalaman air sama. Tandai tekanan pada kedalaman sama dan jelaskan mengapa luas dasar memengaruhi gaya tetapi tidak tekanan di kedalaman itu.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menghitung tekanan hidrostatis dan gaya apung dengan acuan tekanan yang jelas.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menghitung tekanan hidrostatis dan gaya apung dengan acuan tekanan yang jelas.
Tanyakan sebelum belajar: Kedalaman dalam air digandakan. Tekanan ukurnya menjadi …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Kesamaan berlaku pada keseimbangan terapung tanpa gaya vertikal lain. Benda tenggelam dapat memiliki berat lebih besar daripada gaya apung.
Sketsa dua wadah berbeda bentuk dengan kedalaman air sama. Tandai tekanan pada kedalaman sama dan jelaskan mengapa luas dasar memengaruhi gaya tetapi tidak tekanan di kedalaman itu.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Pelajaran 2 · Kontinuitas dan Bernoulli
Tujuan
Menerapkan kontinuitas dan Bernoulli dengan menyebut asumsi aliran ideal.
Bekal awal: Bekal terkait: Tekanan dan fluida statis. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Untuk aliran tunak fluida tak termampatkan, debit volume sama sepanjang pipa tanpa cabang atau kebocoran: A₁v₁ = A₂v₂. Penampang menyempit membuat laju meningkat. Bernoulli menghubungkan tekanan, laju, dan ketinggian sepanjang garis arus ideal.
Cara kerja dan batas model
p + ½ρv² + ρgh konstan jika efek viskositas dan kerja mesin diabaikan. Pada ketinggian sama, kenaikan laju berkaitan penurunan tekanan dalam model ini. Pompa, turbulensi, dan rugi gesek memerlukan tambahan neraca energi.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Debit | Q = Av, satuan m³/s |
| Kontinuitas | A₁v₁ = A₂v₂ |
| Bernoulli | tekanan + energi kinetik/volume + energi potensial/volume |
Contoh bertahap
Air mengalir 2 m/s pada penampang 6 cm² menuju 3 cm². Tentukan laju dan perubahan tekanan pada pipa mendatar ideal.
- v₂ = (6/3) × 2 = 4 m/s.
- p₁ − p₂ = ½ × 1.000 × (4² − 2²).
- Penurunan tekanan 6.000 Pa; ini mengabaikan rugi energi.
Waspadai kekeliruan
Bernoulli berlaku tanpa perubahan untuk setiap aliran nyata. — Tidak tepat. Viskositas, pompa, aliran tak tunak, dan turbulensi dapat membuat bentuk sederhana tidak memadai.
Latihan mandiri
Pipa berpenampang 0,01 m² dialiri air 3 m/s. Berapa volume lewat dalam 10 s?
Petunjuk
Hitung debit sebelum volume.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0,03 m³/s; V = Qt = 0,3 m³. Jangan mencampur cm² dan m² tanpa konversi kuadrat.
Periksa pernyataan: “Bernoulli berlaku tanpa perubahan untuk setiap aliran nyata.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Viskositas, pompa, aliran tak tunak, dan turbulensi dapat membuat bentuk sederhana tidak memadai.
Kuis dan pembahasan
Penampang menjadi empat kali pada debit tetap. Laju menjadi …
- empat kali
- seperempat
- dua kali
- tetap
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: seperempat
Q = Av tetap sehingga v berbanding terbalik dengan A.
Praktik dan refleksi
Gambar tiga penampang pipa dan beri luas relatif 1:2:4. Tentukan rasio lajunya serta tulis dua alasan tekanan nyata dapat berbeda dari model ideal.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menerapkan kontinuitas dan Bernoulli dengan menyebut asumsi aliran ideal.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menerapkan kontinuitas dan Bernoulli dengan menyebut asumsi aliran ideal.
Tanyakan sebelum belajar: Penampang menjadi empat kali pada debit tetap. Laju menjadi …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Viskositas, pompa, aliran tak tunak, dan turbulensi dapat membuat bentuk sederhana tidak memadai.
Gambar tiga penampang pipa dan beri luas relatif 1:2:4. Tentukan rasio lajunya serta tulis dua alasan tekanan nyata dapat berbeda dari model ideal.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Bab 2 · Suhu dan kalor
Kalor adalah perpindahan energi karena perbedaan suhu; konduksi, konveksi, dan radiasi memiliki mekanisme berbeda.
Pelajaran 3 · Suhu, kalor, dan perubahan wujud
Tujuan
Menghitung kalor pemanasan dan perubahan wujud tanpa mencampurkan kedua proses.
Bekal awal: Bekal terkait: Kontinuitas dan Bernoulli. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Suhu terkait keadaan termal, sedangkan kalor adalah energi yang berpindah karena perbedaan suhu. Kalor jenis menyatakan energi per massa untuk perubahan suhu. Selama perubahan wujud zat murni pada tekanan tetap, energi dapat masuk tanpa kenaikan suhu.
Cara kerja dan batas model
Pemanasan tanpa perubahan wujud memakai Q = mcΔT. Peleburan memakai Q = mL. Bila proses melewati beberapa tahap, hitung setiap tahap terpisah dan jumlahkan. Satuan massa, kalor jenis, serta selisih suhu harus konsisten.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Kalor jenis | J/(kg K) |
| Kalor laten | J/kg |
| Selisih suhu | 1 °C setara 1 K sebagai selisih |
Contoh bertahap
Air 0,5 kg dipanaskan dari 20 ke 30 °C; c = 4.200 J/(kg K).
- ΔT = 10 K.
- Q = 0,5 × 4.200 × 10 = 21.000 J.
- Ini kalor yang diterima air; energi pemanas lebih besar jika ada kehilangan ke lingkungan.
Waspadai kekeliruan
Zat yang menerima kalor pasti selalu naik suhunya. — Tidak tepat. Saat perubahan wujud, energi dapat mengubah susunan partikel tanpa kenaikan suhu pada kondisi yang sesuai.
Latihan mandiri
Es 0,1 kg pada 0 °C melebur seluruhnya; L = 334.000 J/kg. Berapa kalor yang dibutuhkan?
Petunjuk
Tidak ada tahap menaikkan suhu dalam soal ini.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0,1 × 334.000 = 33.400 J. Rumus mcΔT saja akan salah karena ΔT nol tetapi energi tetap diperlukan.
Periksa pernyataan: “Zat yang menerima kalor pasti selalu naik suhunya.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Saat perubahan wujud, energi dapat mengubah susunan partikel tanpa kenaikan suhu pada kondisi yang sesuai.
Kuis dan pembahasan
Dua benda bersuhu sama tetapi massanya berbeda pasti memiliki …
- massa jenis sama
- kalor jenis sama
- energi internal sama
- tidak ada aliran kalor bersih akibat beda suhu di antara keduanya
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: tidak ada aliran kalor bersih akibat beda suhu di antara keduanya
Kesamaan suhu memberi keseimbangan termal; tidak menjamin energi internal, bahan, atau massa jenis sama.
Praktik dan refleksi
Gambar kurva suhu terhadap kalor untuk es yang dipanaskan hingga air. Tandai bagian miring dan datar serta rumus pada masing-masing tahap; gunakan gambar, bukan percobaan pemanas tanpa pendamping.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menghitung kalor pemanasan dan perubahan wujud tanpa mencampurkan kedua proses.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menghitung kalor pemanasan dan perubahan wujud tanpa mencampurkan kedua proses.
Tanyakan sebelum belajar: Dua benda bersuhu sama tetapi massanya berbeda pasti memiliki …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Saat perubahan wujud, energi dapat mengubah susunan partikel tanpa kenaikan suhu pada kondisi yang sesuai.
Gambar kurva suhu terhadap kalor untuk es yang dipanaskan hingga air. Tandai bagian miring dan datar serta rumus pada masing-masing tahap; gunakan gambar, bukan percobaan pemanas tanpa pendamping.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Pelajaran 4 · Perpindahan kalor
Tujuan
Membedakan konduksi, konveksi, dan radiasi serta memprediksi perubahan laju konduksi.
Bekal awal: Bekal terkait: Suhu, kalor, dan perubahan wujud. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Konduksi memindahkan energi melalui interaksi mikroskopik tanpa aliran massa makroskopik. Konveksi melibatkan gerak fluida. Radiasi berupa gelombang elektromagnetik dan dapat melintasi vakum. Dalam satu benda nyata, lebih dari satu mekanisme bisa bekerja sekaligus.
Cara kerja dan batas model
Pada pelat homogen keadaan tunak, laju konduksi P = kAΔT/L. Luas dan beda suhu yang lebih besar meningkatkan laju, sedangkan ketebalan lebih besar menguranginya. Radiasi bersih juga dipengaruhi suhu lingkungan dan emisivitas, bukan warna tampak saja.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Konduksi | dominan pada aliran panas melalui dinding padat |
| Konveksi | perpindahan bersama fluida |
| Radiasi | tidak memerlukan medium |
Contoh bertahap
Pelat memiliki k = 0,5 W/(m K), A = 2 m², ΔT = 10 K, L = 0,1 m.
- Gunakan P = kAΔT/L.
- P = 0,5 × 2 × 10/0,1 = 100 W.
- Jika ketebalan digandakan dengan faktor lain tetap, laju menjadi 50 W.
Waspadai kekeliruan
Panas Matahari sampai ke Bumi terutama melalui konveksi ruang angkasa. — Tidak tepat. Ruang antariksa sangat renggang; energi Matahari mencapai Bumi melalui radiasi elektromagnetik.
Latihan mandiri
Pada pelat yang sama, luas dibagi dua dan ketebalan digandakan. Berapa faktor perubahan P?
Petunjuk
Pisahkan pengaruh pembilang dan penyebut.
Pembahasan · buka setelah mencoba
P baru = (1/2)/(2) = 1/4 kali semula. Dari 100 W menjadi 25 W bila ΔT tetap.
Periksa pernyataan: “Panas Matahari sampai ke Bumi terutama melalui konveksi ruang angkasa.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Ruang antariksa sangat renggang; energi Matahari mencapai Bumi melalui radiasi elektromagnetik.
Kuis dan pembahasan
Angin membawa udara panas menjauh dari permukaan terutama merupakan …
- reaksi inti
- konveksi
- konduksi murni
- peleburan
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: konveksi
Perpindahan energi disertai gerak massa udara adalah konveksi.
Praktik dan refleksi
Audit gambar termos: hubungkan ruang vakum, lapisan reflektif, dan tutup dengan mekanisme perpindahan kalor yang dikurangi masing-masing.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Membedakan konduksi, konveksi, dan radiasi serta memprediksi perubahan laju konduksi.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Membedakan konduksi, konveksi, dan radiasi serta memprediksi perubahan laju konduksi.
Tanyakan sebelum belajar: Angin membawa udara panas menjauh dari permukaan terutama merupakan …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Ruang antariksa sangat renggang; energi Matahari mencapai Bumi melalui radiasi elektromagnetik.
Audit gambar termos: hubungkan ruang vakum, lapisan reflektif, dan tutup dengan mekanisme perpindahan kalor yang dikurangi masing-masing.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Bab 3 · Termodinamika
Termodinamika menghubungkan kalor, kerja, dan energi dalam; efisiensi mesin dibatasi proses serta hukum kedua.
Pelajaran 5 · Hukum pertama termodinamika
Tujuan
Menyusun neraca kalor, kerja, dan perubahan energi dalam dengan konvensi tanda konsisten.
Bekal awal: Bekal terkait: Perpindahan kalor. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Hukum pertama termodinamika adalah neraca energi sistem. Gunakan Q positif bila kalor masuk dan W positif bila sistem melakukan kerja pada lingkungan. Dengan konvensi ini, ΔU = Q − W. Energi dalam adalah fungsi keadaan, sedangkan kalor dan kerja bergantung proses.
Cara kerja dan batas model
Pada ekspansi tekanan konstan, W = pΔV. Proses isokhorik memiliki ΔV nol sehingga kerja batas volumenya nol. Proses adiabatik memiliki Q nol, bukan berarti suhu pasti tetap.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Q positif | kalor masuk sistem |
| W positif | kerja oleh sistem |
| Hukum pertama | ΔU = Q − W |
Contoh bertahap
Gas menerima kalor 500 J dan melakukan kerja 200 J.
- Tetapkan sistem sebagai gas.
- ΔU = 500 − 200 = 300 J.
- Energi dalam bertambah; 200 J dari masukan berpindah sebagai kerja ke lingkungan.
Waspadai kekeliruan
Adiabatik selalu berarti isotermal. — Tidak tepat. Adiabatik berarti tidak ada perpindahan kalor. Kerja dapat mengubah energi dalam dan suhu meskipun Q nol.
Latihan mandiri
Gas ditekan secara adiabatik; lingkungan melakukan kerja 80 J pada gas. Berapa ΔU?
Petunjuk
Dalam konvensi soal, kerja oleh gas bernilai negatif.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0 dan W = −80 J sehingga ΔU = 0 − (−80) = +80 J.
Periksa pernyataan: “Adiabatik selalu berarti isotermal.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Adiabatik berarti tidak ada perpindahan kalor. Kerja dapat mengubah energi dalam dan suhu meskipun Q nol.
Kuis dan pembahasan
Pada wadah kaku tanpa kerja lain, kalor masuk 120 J menghasilkan ΔU …
- −120 J
- +120 J
- 0 J
- +240 J
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: +120 J
Volume tetap membuat kerja pΔV nol; seluruh kalor masuk menambah energi dalam.
Praktik dan refleksi
Buat diagram panah energi untuk gas menerima kalor, mengembang, lalu didinginkan. Tulis Q, W, dan ΔU pada tiap tahap simulasi dengan tanda yang konsisten.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menyusun neraca kalor, kerja, dan perubahan energi dalam dengan konvensi tanda konsisten.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menyusun neraca kalor, kerja, dan perubahan energi dalam dengan konvensi tanda konsisten.
Tanyakan sebelum belajar: Pada wadah kaku tanpa kerja lain, kalor masuk 120 J menghasilkan ΔU …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Adiabatik berarti tidak ada perpindahan kalor. Kerja dapat mengubah energi dalam dan suhu meskipun Q nol.
Buat diagram panah energi untuk gas menerima kalor, mengembang, lalu didinginkan. Tulis Q, W, dan ΔU pada tiap tahap simulasi dengan tanda yang konsisten.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Pelajaran 6 · Mesin kalor, entropi, dan efisiensi
Tujuan
Menghitung efisiensi mesin kalor dan menjelaskan batas Carnot menggunakan kelvin.
Bekal awal: Bekal terkait: Hukum pertama termodinamika. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Mesin kalor siklik menerima kalor dari reservoir panas, menghasilkan kerja, dan melepas sebagian kalor ke reservoir dingin. Setelah satu siklus energi dalam kembali semula. Hukum kedua melarang mesin siklik mengubah seluruh kalor dari satu reservoir menjadi kerja tanpa akibat lain.
Cara kerja dan batas model
W = Qh − Qc dan η = W/Qh. Batas ideal Carnot ηmaks = 1 − Tc/Th memakai suhu mutlak kelvin. Mesin nyata lebih rendah karena proses irreversibel; entropi total sistem terisolasi tidak menurun.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Efisiensi mesin | 1 − Qc/Qh |
| Batas Carnot | 1 − Tc/Th |
| Suhu mutlak | K = °C + 273,15 |
Contoh bertahap
Mesin menerima 1.000 J dan membuang 600 J per siklus.
- Kerja bersih = 1.000 − 600 = 400 J.
- Efisiensi = 400/1.000 = 40%.
- Bila reservoir 600 K dan 300 K, batas ideal 50%; hasil 40% tidak melampaui batas itu.
Waspadai kekeliruan
Suhu Celsius boleh langsung dimasukkan ke rasio Carnot. — Tidak tepat. Rasio termodinamika memakai kelvin. Titik nol Celsius bukan nol energi termal mutlak.
Latihan mandiri
Mesin ideal bekerja antara 500 K dan 300 K. Berapa kerja maksimum dari kalor masuk 2.000 J?
Petunjuk
Hitung efisiensi batas terlebih dahulu.
Pembahasan · buka setelah mencoba
ηmaks = 1 − 300/500 = 0,4. Wmaks = 0,4 × 2.000 = 800 J; mesin nyata menghasilkan lebih kecil untuk kondisi tersebut.
Periksa pernyataan: “Suhu Celsius boleh langsung dimasukkan ke rasio Carnot.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Rasio termodinamika memakai kelvin. Titik nol Celsius bukan nol energi termal mutlak.
Kuis dan pembahasan
Mesin diklaim ber-efisiensi 70% antara 600 K dan 300 K. Penilaian tepat …
- tidak perlu suhu reservoir
- pasti benar karena di bawah 100%
- setara batas Carnot
- melampaui batas ideal 50%
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: melampaui batas ideal 50%
Batas untuk pasangan reservoir ini 1 − 300/600 = 50%, sehingga klaim 70% bertentangan dengan model mesin kalor tersebut.
Praktik dan refleksi
Bandingkan batas efisiensi untuk tiga pasangan suhu reservoir rekaan. Jelaskan mengapa menaikkan suhu panas menghadapi keterbatasan bahan dan keselamatan.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menghitung efisiensi mesin kalor dan menjelaskan batas Carnot menggunakan kelvin.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menghitung efisiensi mesin kalor dan menjelaskan batas Carnot menggunakan kelvin.
Tanyakan sebelum belajar: Mesin diklaim ber-efisiensi 70% antara 600 K dan 300 K. Penilaian tepat …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Rasio termodinamika memakai kelvin. Titik nol Celsius bukan nol energi termal mutlak.
Bandingkan batas efisiensi untuk tiga pasangan suhu reservoir rekaan. Jelaskan mengapa menaikkan suhu panas menghadapi keterbatasan bahan dan keselamatan.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Bab 4 · Getaran dan gelombang
Getaran dan gelombang dimodelkan dengan amplitudo, frekuensi, fase, dan energi; resonansi perlu dinilai manfaat serta risikonya.
Pelajaran 7 · Osilasi harmonik sederhana
Tujuan
Menghubungkan gaya pemulih dengan periode osilasi harmonik sederhana.
Bekal awal: Bekal terkait: Mesin kalor, entropi, dan efisiensi. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Osilasi harmonik sederhana terjadi ketika gaya pemulih sebanding dengan simpangan dan berlawanan arah. Pada pegas ideal, F = −kx. Energi terus bertukar antara energi potensial dan kinetik; kecepatan maksimum di titik keseimbangan, bukan di simpangan maksimum.
Cara kerja dan batas model
Periode pegas T = 2π√(m/k). Untuk bandul bersudut kecil, T ≈ 2π√(L/g). Batas sudut kecil penting; redaman dan gaya penggerak dapat mengubah gerak nyata. Periode tidak sama dengan frekuensi: f = 1/T.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Amplitudo | simpangan maksimum |
| Periode | waktu satu siklus, sekon |
| Frekuensi | siklus per sekon, hertz |
Contoh bertahap
Pegas k = 100 N/m membawa massa 1 kg. Hitung periode idealnya.
- T = 2π√(1/100).
- T = 0,2π s ≈ 0,628 s.
- Frekuensi sekitar 1,59 Hz; hasil mengabaikan massa pegas dan redaman.
Waspadai kekeliruan
Benda pada simpangan maksimum memiliki kecepatan maksimum. — Tidak tepat. Di titik balik kecepatannya nol sesaat dan besar gaya pemulih maksimum; kecepatan terbesar berada di keseimbangan.
Latihan mandiri
Massa pada pegas yang sama diperbesar empat kali. Bagaimana periode berubah?
Petunjuk
Periode sebanding akar massa.
Pembahasan · buka setelah mencoba
T baru = √4 × T lama = 2T lama. Frekuensi menjadi setengah.
Periksa pernyataan: “Benda pada simpangan maksimum memiliki kecepatan maksimum.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Di titik balik kecepatannya nol sesaat dan besar gaya pemulih maksimum; kecepatan terbesar berada di keseimbangan.
Kuis dan pembahasan
Panjang bandul kecil digandakan empat kali dengan g tetap. Periodenya …
- dua kali
- tetap
- empat kali
- setengah
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: dua kali
T sebanding √L sehingga faktor perubahan √4 = 2.
Praktik dan refleksi
Gambar satu siklus posisi dan kecepatan pegas secara kualitatif. Tandai titik balik dan keseimbangan; bila memakai bandul ringan, gunakan simpangan kecil serta area aman.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menghubungkan gaya pemulih dengan periode osilasi harmonik sederhana.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menghubungkan gaya pemulih dengan periode osilasi harmonik sederhana.
Tanyakan sebelum belajar: Panjang bandul kecil digandakan empat kali dengan g tetap. Periodenya …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Di titik balik kecepatannya nol sesaat dan besar gaya pemulih maksimum; kecepatan terbesar berada di keseimbangan.
Gambar satu siklus posisi dan kecepatan pegas secara kualitatif. Tandai titik balik dan keseimbangan; bila memakai bandul ringan, gunakan simpangan kecil serta area aman.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Pelajaran 8 · Gelombang, interferensi, dan resonansi
Tujuan
Menggunakan v = fλ serta menjelaskan interferensi dan resonansi tanpa memindahkan materi bersama gelombang.
Bekal awal: Bekal terkait: Osilasi harmonik sederhana. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Gelombang membawa gangguan dan energi. Partikel medium berosilasi di sekitar posisi keseimbangan, bukan harus berjalan sejauh gelombangnya. Superposisi menjumlahkan simpangan; interferensi konstruktif atau destruktif bergantung beda fase.
Cara kerja dan batas model
Hubungan v = fλ berlaku untuk gelombang periodik. Saat frekuensi sumber berubah pada medium nondispersif yang sama, panjang gelombang menyesuaikan. Resonansi terjadi ketika penggerak dekat frekuensi alami; amplitudo nyata dibatasi redaman dan nonlinieritas.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Panjang gelombang | jarak antarfase sama, meter |
| Laju gelombang | v = fλ |
| Superposisi | simpangan total adalah jumlah simpangan |
Contoh bertahap
Gelombang merambat 12 m/s dengan frekuensi 3 Hz.
- Panjang gelombang λ = v/f.
- λ = 12/3 = 4 m.
- Jika f menjadi 6 Hz dan v tetap, λ menjadi 2 m, bukan laju menjadi dua kali.
Waspadai kekeliruan
Interferensi destruktif berarti energi seluruh gelombang musnah. — Tidak tepat. Simpangan dapat saling meniadakan di lokasi tertentu; energi terdistribusi ulang dan perlu dianalisis pada seluruh sistem.
Latihan mandiri
Dua pulsa memiliki simpangan +3 cm dan −1 cm pada titik yang sama. Berapa simpangan resultan?
Petunjuk
Jumlahkan dengan tanda arah.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Simpangan total +2 cm. Ini penjumlahan simpangan sesaat, bukan penjumlahan energi langsung.
Periksa pernyataan: “Interferensi destruktif berarti energi seluruh gelombang musnah.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Simpangan dapat saling meniadakan di lokasi tertentu; energi terdistribusi ulang dan perlu dianalisis pada seluruh sistem.
Kuis dan pembahasan
Resonansi paling dekat terjadi ketika …
- semua frekuensi harus berbeda jauh
- frekuensi penggerak mendekati frekuensi alami
- medium kehilangan seluruh massa
- amplitudo sumber selalu nol
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: frekuensi penggerak mendekati frekuensi alami
Kesesuaian frekuensi memungkinkan transfer energi efektif; redaman membatasi amplitudo.
Praktik dan refleksi
Buat dua grafik sinus sefase dan berlawanan fase, lalu sketsa jumlahnya. Nyatakan lokasi atau waktu saat simpangan nol tanpa menyimpulkan energi musnah.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menggunakan v = fλ serta menjelaskan interferensi dan resonansi tanpa memindahkan materi bersama gelombang.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menggunakan v = fλ serta menjelaskan interferensi dan resonansi tanpa memindahkan materi bersama gelombang.
Tanyakan sebelum belajar: Resonansi paling dekat terjadi ketika …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Simpangan dapat saling meniadakan di lokasi tertentu; energi terdistribusi ulang dan perlu dianalisis pada seluruh sistem.
Buat dua grafik sinus sefase dan berlawanan fase, lalu sketsa jumlahnya. Nyatakan lokasi atau waktu saat simpangan nol tanpa menyimpulkan energi musnah.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Bab 5 · Bunyi dan optik
Bunyi memerlukan medium, sedangkan cahaya dapat merambat di vakum; keduanya menunjukkan gejala gelombang pada kondisi sesuai.
Pelajaran 9 · Bunyi, intensitas, dan Doppler
Tujuan
Menghitung taraf intensitas sederhana dan menentukan arah perubahan frekuensi Doppler.
Bekal awal: Bekal terkait: Gelombang, interferensi, dan resonansi. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Bunyi merupakan gelombang mekanik yang memerlukan medium. Intensitas adalah daya per luas, sedangkan taraf intensitas memakai skala logaritmik. Efek Doppler adalah perubahan frekuensi teramati akibat gerak relatif sumber dan pengamat terhadap medium.
Cara kerja dan batas model
β = 10 log₁₀(I/I₀). Kenaikan intensitas sepuluh kali menambah 10 dB, bukan membuat angka dB sepuluh kali. Untuk sumber mendekati pengamat diam, f′ = f v/(v − vs), dengan kecepatan sumber lebih kecil dari laju bunyi.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Intensitas | W/m² |
| Taraf intensitas | desibel (dB) |
| Doppler mendekat | frekuensi teramati meningkat |
Contoh bertahap
Sumber 500 Hz mendekati pengamat diam dengan vs = 34 m/s; laju bunyi 340 m/s.
- Gunakan penyebut 340 − 34 = 306 m/s.
- f′ = 500 × 340/306 ≈ 556 Hz.
- Frekuensi sumber tetap 500 Hz; yang berubah ialah frekuensi diterima pengamat.
Waspadai kekeliruan
Bunyi lebih keras selalu berarti frekuensinya lebih tinggi. — Tidak tepat. Keras terkait intensitas dan persepsi, sedangkan tinggi nada terutama terkait frekuensi; keduanya dapat berubah terpisah.
Latihan mandiri
Intensitas meningkat dari I menjadi 100I. Berapa kenaikan taraf intensitas?
Petunjuk
Hitung 10 log₁₀(100).
Pembahasan · buka setelah mencoba
Kenaikannya 20 dB karena log₁₀(100) = 2. Ini selisih taraf, bukan taraf absolut tanpa I₀.
Periksa pernyataan: “Bunyi lebih keras selalu berarti frekuensinya lebih tinggi.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Keras terkait intensitas dan persepsi, sedangkan tinggi nada terutama terkait frekuensi; keduanya dapat berubah terpisah.
Kuis dan pembahasan
Sumber bunyi menjauh dari pengamat diam. Nada teramati cenderung …
- lebih tinggi
- lebih rendah
- menjadi cahaya
- selalu tidak terdengar
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: lebih rendah
Jarak antarmuka gelombang yang diterima lebih renggang sehingga frekuensi turun; bunyi tidak otomatis hilang.
Praktik dan refleksi
Gunakan grafik atau simulasi untuk membandingkan sumber diam, mendekat, dan menjauh. Jangan menguji dengan suara keras atau berdiri di jalan kendaraan.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menghitung taraf intensitas sederhana dan menentukan arah perubahan frekuensi Doppler.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menghitung taraf intensitas sederhana dan menentukan arah perubahan frekuensi Doppler.
Tanyakan sebelum belajar: Sumber bunyi menjauh dari pengamat diam. Nada teramati cenderung …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Keras terkait intensitas dan persepsi, sedangkan tinggi nada terutama terkait frekuensi; keduanya dapat berubah terpisah.
Gunakan grafik atau simulasi untuk membandingkan sumber diam, mendekat, dan menjauh. Jangan menguji dengan suara keras atau berdiri di jalan kendaraan.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Pelajaran 10 · Cahaya, lensa, dan alat optik
Tujuan
Menggunakan persamaan lensa tipis dan menafsirkan jenis serta perbesaran bayangan.
Bekal awal: Bekal terkait: Bunyi, intensitas, dan Doppler. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Lensa mengubah arah cahaya melalui pembiasan. Lensa cembung dapat menghasilkan bayangan nyata atau maya bergantung posisi benda. Model sinar utama membantu memperkirakan letak, arah, dan ukuran bayangan; bukan semua sinar hanya berjalan pada tiga lintasan gambar.
Cara kerja dan batas model
Gunakan 1/f = 1/s + 1/s′, dengan f positif untuk lensa konvergen, s positif bagi benda nyata, dan s′ positif untuk bayangan nyata di sisi keluar. Perbesaran m = −s′/s; tanda negatif menyatakan terbalik.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Fokus | f pada pendekatan lensa tipis |
| Bayangan nyata | dapat ditangkap layar |
| Perbesaran | m = −s′/s |
Contoh bertahap
Benda berjarak 30 cm dari lensa cembung f = 10 cm.
- 1/s′ = 1/10 − 1/30 = 1/15.
- s′ = 15 cm di belakang lensa, jadi bayangan nyata.
- m = −15/30 = −0,5: terbalik dan setengah ukuran benda.
Waspadai kekeliruan
Semua bayangan lensa cembung pasti nyata. — Tidak tepat. Jika benda berada di dalam jarak fokus, bayangannya maya, tegak, dan diperbesar pada model lensa tipis.
Latihan mandiri
Benda berjarak 5 cm dari lensa cembung f = 10 cm. Tentukan s′.
Petunjuk
Nilai 1/s′ dapat negatif.
Pembahasan · buka setelah mencoba
1/s′ = 1/10 − 1/5 = −1/10, sehingga s′ = −10 cm. Bayangan maya dengan m = +2.
Periksa pernyataan: “Semua bayangan lensa cembung pasti nyata.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jika benda berada di dalam jarak fokus, bayangannya maya, tegak, dan diperbesar pada model lensa tipis.
Kuis dan pembahasan
Perbesaran m = −2 menunjukkan bayangan …
- selalu maya
- terbalik dan dua kali ukuran benda
- terbalik dan setengah
- tegak dan dua kali
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: terbalik dan dua kali ukuran benda
Tanda minus menunjukkan orientasi terbalik; nilai mutlak 2 menunjukkan faktor ukuran dua.
Praktik dan refleksi
Gambar sinar utama untuk benda di luar 2f dan di antara lensa dengan f. Jangan menggunakan lensa untuk melihat Matahari atau memusatkan cahaya ke kulit.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menggunakan persamaan lensa tipis dan menafsirkan jenis serta perbesaran bayangan.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menggunakan persamaan lensa tipis dan menafsirkan jenis serta perbesaran bayangan.
Tanyakan sebelum belajar: Perbesaran m = −2 menunjukkan bayangan …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Jika benda berada di dalam jarak fokus, bayangannya maya, tegak, dan diperbesar pada model lensa tipis.
Gambar sinar utama untuk benda di luar 2f dan di antara lensa dengan f. Jangan menggunakan lensa untuk melihat Matahari atau memusatkan cahaya ke kulit.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Bab 6 · Rotasi dan elastisitas
Gerak rotasi ditentukan torsi dan momen inersia; deformasi bahan dianalisis hanya dalam batas elastis model.
Pelajaran 11 · Torsi dan dinamika rotasi
Tujuan
Menghitung torsi dan menjelaskan peran distribusi massa pada gerak rotasi.
Bekal awal: Bekal terkait: Cahaya, lensa, dan alat optik. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Torsi mengukur kecenderungan gaya memutar benda terhadap sumbu. Yang menentukan bukan hanya gaya, melainkan lengan tegak lurusnya. Momen inersia bergantung massa dan jaraknya dari sumbu; massa sama dapat memberi respons rotasi berbeda.
Cara kerja dan batas model
τ = rF sin θ dan Στ = Iα untuk sumbu tetap dalam model sederhana. Kesetimbangan statis memerlukan ΣF = 0 dan Στ = 0. Satuan torsi N m memiliki dimensi sama dengan joule tetapi makna fisiknya berbeda dari usaha.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Torsi | τ = F × lengan tegak lurus |
| Momen inersia | kg m² |
| Percepatan sudut | α, rad/s² |
Contoh bertahap
Gaya 20 N bekerja tegak lurus gagang 0,3 m dari poros.
- Lengan tegak lurus 0,3 m.
- Torsi = 20 × 0,3 = 6 N m.
- Jika I = 2 kg m² dan tidak ada torsi lain, α = 6/2 = 3 rad/s².
Waspadai kekeliruan
Gaya besar selalu menghasilkan torsi besar. — Tidak tepat. Gaya yang garis kerjanya melalui sumbu memiliki lengan tegak lurus nol sehingga torsinya nol, berapa pun besarnya.
Latihan mandiri
Beban 10 N berada 0,4 m di kiri poros. Berapa gaya ke bawah pada 0,2 m di kanan agar torsi seimbang?
Petunjuk
Samakan besar torsi yang berlawanan arah.
Pembahasan · buka setelah mencoba
10 × 0,4 = F × 0,2, sehingga F = 20 N. Reaksi poros tetap diperlukan agar resultan gaya juga nol.
Periksa pernyataan: “Gaya besar selalu menghasilkan torsi besar.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Gaya yang garis kerjanya melalui sumbu memiliki lengan tegak lurus nol sehingga torsinya nol, berapa pun besarnya.
Kuis dan pembahasan
Massa dipindah menjauhi sumbu tanpa mengubah massa total. Momen inersia cenderung …
- menjadi nol
- membesar
- selalu tetap
- mengecil
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: membesar
Kontribusi massa titik adalah mr²; jarak yang lebih besar menaikkan momen inersia.
Praktik dan refleksi
Sketsa pintu didorong dekat engsel dan dekat ujung dengan gaya sama. Tandai lengan torsi dan jelaskan pilihan yang memerlukan gaya lebih kecil.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menghitung torsi dan menjelaskan peran distribusi massa pada gerak rotasi.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menghitung torsi dan menjelaskan peran distribusi massa pada gerak rotasi.
Tanyakan sebelum belajar: Massa dipindah menjauhi sumbu tanpa mengubah massa total. Momen inersia cenderung …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Gaya yang garis kerjanya melalui sumbu memiliki lengan tegak lurus nol sehingga torsinya nol, berapa pun besarnya.
Sketsa pintu didorong dekat engsel dan dekat ujung dengan gaya sama. Tandai lengan torsi dan jelaskan pilihan yang memerlukan gaya lebih kecil.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Pelajaran 12 · Elastisitas dan sifat bahan
Tujuan
Menggunakan hukum Hooke dan membedakan tegangan, regangan, serta batas elastis.
Bekal awal: Bekal terkait: Torsi dan dinamika rotasi. Tinjau kembali bila istilahnya belum akrab.
Pahami konsepnya
Bahan dapat berubah bentuk saat diberi beban. Deformasi elastis pulih ketika beban dilepas; deformasi plastis menyisakan perubahan. Daerah linear hanya bagian tertentu dari respons bahan, sehingga hukum Hooke tidak boleh diekstrapolasi hingga beban tak terbatas.
Cara kerja dan batas model
Pegas ideal memenuhi F = kΔx. Untuk batang, tegangan σ = F/A, regangan ε = ΔL/L₀, dan modulus Young E = σ/ε pada daerah linear. Regangan tanpa satuan karena merupakan rasio dua panjang.
Ringkasan konsep dan hubungan
| Besaran / konsep | Makna atau hubungan |
|---|---|
| Tegangan | F/A, pascal |
| Regangan | ΔL/L₀, tanpa satuan |
| Konstanta pegas | N/m |
Contoh bertahap
Pegas k = 200 N/m ditarik 0,03 m dalam batas elastis.
- Gaya F = 200 × 0,03 = 6 N.
- Energi tersimpan = ½kΔx² = 0,09 J.
- Jika simpangan dua kali, gaya dua kali tetapi energi empat kali selama model tetap berlaku.
Waspadai kekeliruan
Benda yang elastis selalu boleh ditarik sejauh apa pun dan kembali semula. — Tidak tepat. Ada batas elastis dan batas patah. Setelah terlampaui, model linear atau pemulihan bentuk tidak berlaku.
Latihan mandiri
Kawat panjang 2 m bertambah panjang 1 mm. Hitung regangannya.
Petunjuk
Ubah 1 mm menjadi 0,001 m.
Pembahasan · buka setelah mencoba
ε = 0,001/2 = 0,0005 = 0,05%. Regangan bukan 0,5 m dan tidak bersatuan.
Periksa pernyataan: “Benda yang elastis selalu boleh ditarik sejauh apa pun dan kembali semula.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Ada batas elastis dan batas patah. Setelah terlampaui, model linear atau pemulihan bentuk tidak berlaku.
Kuis dan pembahasan
Pada gaya sama, luas penampang dibagi dua. Tegangan menjadi …
- empat kali
- setengah
- dua kali
- tetap
Petunjuk
Gunakan hubungan pada ringkasan konsep; periksa asumsi sebelum memilih.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jawaban: dua kali
σ = F/A; luas setengah menghasilkan tegangan dua kali.
Praktik dan refleksi
Buat grafik gaya–pertambahan panjang dari data simulasi yang linear lalu menyimpang. Tandai rentang tempat k boleh dianggap konstan; jangan menguji bahan sampai putus.
Bukti tujuan
Simpan jawaban beserta alasan, hasil tugas, dan perbaikan setelah membandingkan pembahasan. Target: Menggunakan hukum Hooke dan membedakan tegangan, regangan, serta batas elastis.
Pendampingan
Contoh terbimbing → latihan mandiri → pembahasan kesalahan → tugas penerapan.
Tujuan yang diperiksa: Menggunakan hukum Hooke dan membedakan tegangan, regangan, serta batas elastis.
Tanyakan sebelum belajar: Pada gaya sama, luas penampang dibagi dua. Tegangan menjadi …
Bahas ulang kesalahan berikut dengan ringkasan konsep: Ada batas elastis dan batas patah. Setelah terlampaui, model linear atau pemulihan bentuk tidak berlaku.
Buat grafik gaya–pertambahan panjang dari data simulasi yang linear lalu menyimpang. Tandai rentang tempat k boleh dianggap konstan; jangan menguji bahan sampai putus.
Rujukan konsep dan bacaan lanjut
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Latihan tinjauan
Bagian ini menggunakan kembali latihan inti untuk pengambilan kembali dan refleksi; bukan bank soal ujian yang belum pernah dilihat.
Evaluasi bab 1 · penerapan dan koreksi
Benda tercelup memindahkan 0,002 m³ air. Hitung gaya apungnya untuk g = 10.
Petunjuk
Gunakan massa jenis air 1.000 kg/m³.
Pembahasan · buka setelah mencoba
FA = 1.000 × 10 × 0,002 = 20 N. Ini ditentukan fluida yang dipindahkan, bukan massa benda.
Periksa pernyataan: “Gaya apung selalu sama dengan berat benda.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Kesamaan berlaku pada keseimbangan terapung tanpa gaya vertikal lain. Benda tenggelam dapat memiliki berat lebih besar daripada gaya apung.
Pipa berpenampang 0,01 m² dialiri air 3 m/s. Berapa volume lewat dalam 10 s?
Petunjuk
Hitung debit sebelum volume.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0,03 m³/s; V = Qt = 0,3 m³. Jangan mencampur cm² dan m² tanpa konversi kuadrat.
Periksa pernyataan: “Bernoulli berlaku tanpa perubahan untuk setiap aliran nyata.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Viskositas, pompa, aliran tak tunak, dan turbulensi dapat membuat bentuk sederhana tidak memadai.
Evaluasi bab 2 · penerapan dan koreksi
Es 0,1 kg pada 0 °C melebur seluruhnya; L = 334.000 J/kg. Berapa kalor yang dibutuhkan?
Petunjuk
Tidak ada tahap menaikkan suhu dalam soal ini.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0,1 × 334.000 = 33.400 J. Rumus mcΔT saja akan salah karena ΔT nol tetapi energi tetap diperlukan.
Periksa pernyataan: “Zat yang menerima kalor pasti selalu naik suhunya.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Saat perubahan wujud, energi dapat mengubah susunan partikel tanpa kenaikan suhu pada kondisi yang sesuai.
Pada pelat yang sama, luas dibagi dua dan ketebalan digandakan. Berapa faktor perubahan P?
Petunjuk
Pisahkan pengaruh pembilang dan penyebut.
Pembahasan · buka setelah mencoba
P baru = (1/2)/(2) = 1/4 kali semula. Dari 100 W menjadi 25 W bila ΔT tetap.
Periksa pernyataan: “Panas Matahari sampai ke Bumi terutama melalui konveksi ruang angkasa.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Ruang antariksa sangat renggang; energi Matahari mencapai Bumi melalui radiasi elektromagnetik.
Evaluasi bab 3 · penerapan dan koreksi
Gas ditekan secara adiabatik; lingkungan melakukan kerja 80 J pada gas. Berapa ΔU?
Petunjuk
Dalam konvensi soal, kerja oleh gas bernilai negatif.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0 dan W = −80 J sehingga ΔU = 0 − (−80) = +80 J.
Periksa pernyataan: “Adiabatik selalu berarti isotermal.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Adiabatik berarti tidak ada perpindahan kalor. Kerja dapat mengubah energi dalam dan suhu meskipun Q nol.
Mesin ideal bekerja antara 500 K dan 300 K. Berapa kerja maksimum dari kalor masuk 2.000 J?
Petunjuk
Hitung efisiensi batas terlebih dahulu.
Pembahasan · buka setelah mencoba
ηmaks = 1 − 300/500 = 0,4. Wmaks = 0,4 × 2.000 = 800 J; mesin nyata menghasilkan lebih kecil untuk kondisi tersebut.
Periksa pernyataan: “Suhu Celsius boleh langsung dimasukkan ke rasio Carnot.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Rasio termodinamika memakai kelvin. Titik nol Celsius bukan nol energi termal mutlak.
Evaluasi bab 4 · penerapan dan koreksi
Massa pada pegas yang sama diperbesar empat kali. Bagaimana periode berubah?
Petunjuk
Periode sebanding akar massa.
Pembahasan · buka setelah mencoba
T baru = √4 × T lama = 2T lama. Frekuensi menjadi setengah.
Periksa pernyataan: “Benda pada simpangan maksimum memiliki kecepatan maksimum.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Di titik balik kecepatannya nol sesaat dan besar gaya pemulih maksimum; kecepatan terbesar berada di keseimbangan.
Dua pulsa memiliki simpangan +3 cm dan −1 cm pada titik yang sama. Berapa simpangan resultan?
Petunjuk
Jumlahkan dengan tanda arah.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Simpangan total +2 cm. Ini penjumlahan simpangan sesaat, bukan penjumlahan energi langsung.
Periksa pernyataan: “Interferensi destruktif berarti energi seluruh gelombang musnah.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Simpangan dapat saling meniadakan di lokasi tertentu; energi terdistribusi ulang dan perlu dianalisis pada seluruh sistem.
Evaluasi bab 5 · penerapan dan koreksi
Intensitas meningkat dari I menjadi 100I. Berapa kenaikan taraf intensitas?
Petunjuk
Hitung 10 log₁₀(100).
Pembahasan · buka setelah mencoba
Kenaikannya 20 dB karena log₁₀(100) = 2. Ini selisih taraf, bukan taraf absolut tanpa I₀.
Periksa pernyataan: “Bunyi lebih keras selalu berarti frekuensinya lebih tinggi.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Keras terkait intensitas dan persepsi, sedangkan tinggi nada terutama terkait frekuensi; keduanya dapat berubah terpisah.
Benda berjarak 5 cm dari lensa cembung f = 10 cm. Tentukan s′.
Petunjuk
Nilai 1/s′ dapat negatif.
Pembahasan · buka setelah mencoba
1/s′ = 1/10 − 1/5 = −1/10, sehingga s′ = −10 cm. Bayangan maya dengan m = +2.
Periksa pernyataan: “Semua bayangan lensa cembung pasti nyata.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Jika benda berada di dalam jarak fokus, bayangannya maya, tegak, dan diperbesar pada model lensa tipis.
Evaluasi bab 6 · penerapan dan koreksi
Beban 10 N berada 0,4 m di kiri poros. Berapa gaya ke bawah pada 0,2 m di kanan agar torsi seimbang?
Petunjuk
Samakan besar torsi yang berlawanan arah.
Pembahasan · buka setelah mencoba
10 × 0,4 = F × 0,2, sehingga F = 20 N. Reaksi poros tetap diperlukan agar resultan gaya juga nol.
Periksa pernyataan: “Gaya besar selalu menghasilkan torsi besar.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Gaya yang garis kerjanya melalui sumbu memiliki lengan tegak lurus nol sehingga torsinya nol, berapa pun besarnya.
Kawat panjang 2 m bertambah panjang 1 mm. Hitung regangannya.
Petunjuk
Ubah 1 mm menjadi 0,001 m.
Pembahasan · buka setelah mencoba
ε = 0,001/2 = 0,0005 = 0,05%. Regangan bukan 0,5 m dan tidak bersatuan.
Periksa pernyataan: “Benda yang elastis selalu boleh ditarik sejauh apa pun dan kembali semula.” Jelaskan letak kesalahan dan perbaikannya.
Petunjuk
Bandingkan pernyataan dengan cara kerja dan batas model di atas.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Ada batas elastis dan batas patah. Setelah terlampaui, model linear atau pemulihan bentuk tidak berlaku.
Tinjauan semester 1 · pelajaran 1–6
Benda tercelup memindahkan 0,002 m³ air. Hitung gaya apungnya untuk g = 10.
Petunjuk
Gunakan massa jenis air 1.000 kg/m³.
Pembahasan · buka setelah mencoba
FA = 1.000 × 10 × 0,002 = 20 N. Ini ditentukan fluida yang dipindahkan, bukan massa benda.
Pipa berpenampang 0,01 m² dialiri air 3 m/s. Berapa volume lewat dalam 10 s?
Petunjuk
Hitung debit sebelum volume.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0,03 m³/s; V = Qt = 0,3 m³. Jangan mencampur cm² dan m² tanpa konversi kuadrat.
Es 0,1 kg pada 0 °C melebur seluruhnya; L = 334.000 J/kg. Berapa kalor yang dibutuhkan?
Petunjuk
Tidak ada tahap menaikkan suhu dalam soal ini.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0,1 × 334.000 = 33.400 J. Rumus mcΔT saja akan salah karena ΔT nol tetapi energi tetap diperlukan.
Pada pelat yang sama, luas dibagi dua dan ketebalan digandakan. Berapa faktor perubahan P?
Petunjuk
Pisahkan pengaruh pembilang dan penyebut.
Pembahasan · buka setelah mencoba
P baru = (1/2)/(2) = 1/4 kali semula. Dari 100 W menjadi 25 W bila ΔT tetap.
Gas ditekan secara adiabatik; lingkungan melakukan kerja 80 J pada gas. Berapa ΔU?
Petunjuk
Dalam konvensi soal, kerja oleh gas bernilai negatif.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0 dan W = −80 J sehingga ΔU = 0 − (−80) = +80 J.
Mesin ideal bekerja antara 500 K dan 300 K. Berapa kerja maksimum dari kalor masuk 2.000 J?
Petunjuk
Hitung efisiensi batas terlebih dahulu.
Pembahasan · buka setelah mencoba
ηmaks = 1 − 300/500 = 0,4. Wmaks = 0,4 × 2.000 = 800 J; mesin nyata menghasilkan lebih kecil untuk kondisi tersebut.
Tinjauan akhir tahun · kumulatif pelajaran 1–12
Benda tercelup memindahkan 0,002 m³ air. Hitung gaya apungnya untuk g = 10.
Petunjuk
Gunakan massa jenis air 1.000 kg/m³.
Pembahasan · buka setelah mencoba
FA = 1.000 × 10 × 0,002 = 20 N. Ini ditentukan fluida yang dipindahkan, bukan massa benda.
Pipa berpenampang 0,01 m² dialiri air 3 m/s. Berapa volume lewat dalam 10 s?
Petunjuk
Hitung debit sebelum volume.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0,03 m³/s; V = Qt = 0,3 m³. Jangan mencampur cm² dan m² tanpa konversi kuadrat.
Es 0,1 kg pada 0 °C melebur seluruhnya; L = 334.000 J/kg. Berapa kalor yang dibutuhkan?
Petunjuk
Tidak ada tahap menaikkan suhu dalam soal ini.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0,1 × 334.000 = 33.400 J. Rumus mcΔT saja akan salah karena ΔT nol tetapi energi tetap diperlukan.
Pada pelat yang sama, luas dibagi dua dan ketebalan digandakan. Berapa faktor perubahan P?
Petunjuk
Pisahkan pengaruh pembilang dan penyebut.
Pembahasan · buka setelah mencoba
P baru = (1/2)/(2) = 1/4 kali semula. Dari 100 W menjadi 25 W bila ΔT tetap.
Gas ditekan secara adiabatik; lingkungan melakukan kerja 80 J pada gas. Berapa ΔU?
Petunjuk
Dalam konvensi soal, kerja oleh gas bernilai negatif.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Q = 0 dan W = −80 J sehingga ΔU = 0 − (−80) = +80 J.
Mesin ideal bekerja antara 500 K dan 300 K. Berapa kerja maksimum dari kalor masuk 2.000 J?
Petunjuk
Hitung efisiensi batas terlebih dahulu.
Pembahasan · buka setelah mencoba
ηmaks = 1 − 300/500 = 0,4. Wmaks = 0,4 × 2.000 = 800 J; mesin nyata menghasilkan lebih kecil untuk kondisi tersebut.
Massa pada pegas yang sama diperbesar empat kali. Bagaimana periode berubah?
Petunjuk
Periode sebanding akar massa.
Pembahasan · buka setelah mencoba
T baru = √4 × T lama = 2T lama. Frekuensi menjadi setengah.
Dua pulsa memiliki simpangan +3 cm dan −1 cm pada titik yang sama. Berapa simpangan resultan?
Petunjuk
Jumlahkan dengan tanda arah.
Pembahasan · buka setelah mencoba
Simpangan total +2 cm. Ini penjumlahan simpangan sesaat, bukan penjumlahan energi langsung.
Intensitas meningkat dari I menjadi 100I. Berapa kenaikan taraf intensitas?
Petunjuk
Hitung 10 log₁₀(100).
Pembahasan · buka setelah mencoba
Kenaikannya 20 dB karena log₁₀(100) = 2. Ini selisih taraf, bukan taraf absolut tanpa I₀.
Benda berjarak 5 cm dari lensa cembung f = 10 cm. Tentukan s′.
Petunjuk
Nilai 1/s′ dapat negatif.
Pembahasan · buka setelah mencoba
1/s′ = 1/10 − 1/5 = −1/10, sehingga s′ = −10 cm. Bayangan maya dengan m = +2.
Beban 10 N berada 0,4 m di kiri poros. Berapa gaya ke bawah pada 0,2 m di kanan agar torsi seimbang?
Petunjuk
Samakan besar torsi yang berlawanan arah.
Pembahasan · buka setelah mencoba
10 × 0,4 = F × 0,2, sehingga F = 20 N. Reaksi poros tetap diperlukan agar resultan gaya juga nol.
Kawat panjang 2 m bertambah panjang 1 mm. Hitung regangannya.
Petunjuk
Ubah 1 mm menjadi 0,001 m.
Pembahasan · buka setelah mencoba
ε = 0,001/2 = 0,0005 = 0,05%. Regangan bukan 0,5 m dan tidak bersatuan.
Glosarium
- Tekanan
- pascal, 1 Pa = 1 N/m²
- Hidrostatis
- Δp = ρgΔh
- Apung
- FA = ρgVtercelup
- Debit
- Q = Av, satuan m³/s
- Kontinuitas
- A₁v₁ = A₂v₂
- Bernoulli
- tekanan + energi kinetik/volume + energi potensial/volume
- Kalor jenis
- J/(kg K)
- Kalor laten
- J/kg
- Selisih suhu
- 1 °C setara 1 K sebagai selisih
- Konduksi
- dominan pada aliran panas melalui dinding padat
- Konveksi
- perpindahan bersama fluida
- Radiasi
- tidak memerlukan medium
- Q positif
- kalor masuk sistem
- W positif
- kerja oleh sistem
- Hukum pertama
- ΔU = Q − W
- Efisiensi mesin
- 1 − Qc/Qh
- Batas Carnot
- 1 − Tc/Th
- Suhu mutlak
- K = °C + 273,15
- Amplitudo
- simpangan maksimum
- Periode
- waktu satu siklus, sekon
- Frekuensi
- siklus per sekon, hertz
- Panjang gelombang
- jarak antarfase sama, meter
- Laju gelombang
- v = fλ
- Superposisi
- simpangan total adalah jumlah simpangan
- Intensitas
- W/m²
- Taraf intensitas
- desibel (dB)
- Doppler mendekat
- frekuensi teramati meningkat
- Fokus
- f pada pendekatan lensa tipis
- Bayangan nyata
- dapat ditangkap layar
- Perbesaran
- m = −s′/s
- Torsi
- τ = F × lengan tegak lurus
- Momen inersia
- kg m²
- Percepatan sudut
- α, rad/s²
- Tegangan
- F/A, pascal
- Regangan
- ΔL/L₀, tanpa satuan
- Konstanta pegas
- N/m
Sumber dan jejak edisi
- OpenStax · Physics — Buku rujukan lanjut untuk mekanika, kalor, gelombang, listrik, dan fisika modern. Urutan serta contoh seri TEMAS disusun tersendiri.
Edisi 2: seluruh 12 pelajaran ditulis ulang dengan konsep, batas model, ringkasan, contoh bertahap, latihan penerapan, koreksi miskonsepsi, dan kuis khusus topik.
Kasus, proyek bab, glosarium, dan tinjauan semester mengikuti isi baru. Tinjauan akhir tahun mencakup kedua semester; soal tinjauan merupakan latihan pengambilan kembali, bukan bank ujian baru.
Nomor dan urutan pelajaran dipertahankan. Edisi lama tetap berada dalam riwayat versi. Belum ada pengesahan atau telaah ahli manusia.