fisikaonline

Melayani siapa saja untuk belajar fisika kapan saja dan dimana saja


Tuesday, January 19, 2016

Optik: materi, rumus, soal, penyelesaian soal serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari

ALAT-ALAT OPTIK

Sahabat fisioner tentu sudah tidak asing lagi dengan kacamata, lup, mikroskop dan teropong. Alat-alat itu merupakan alat-alat yang menggunakan sifat-sifat cahaya untuk membantu penglihatan mata dan dikenal sebagai alat-alat optik. Tahukah kalian komponen-komponen yang ada pada alat optik itu? Ternyata komponen utamanya adalah cermin lengkung dan lensa. Oleh sebab itu untuk mempelajari alat-alat optik ini perlu memahami sifat-sifat cahaya yang mengenai cermin lengkung dan lensa tipis. Pahamilah sifat-sifat cahaya tersebut pada penjelasan berikut.

Cermin

Cermin adalah permukaan yang licin dan dapat menciptakan pantulan sehingga membentuk bayangan. Banyak benda-benda lain di sekitar kita yang dapat memantulkan cahaya, misalnya air di kolam dan benda-benda yang terbuat dari logam mengilat seperti emas, perak, dan perunggu.

Cermin terdiri atas cermin datar dan cermin lengkung. Cermin datar memiliki permukaan yang datar, sedangkan cermin lengkung memiliki permukaan yang lengkung. Cermin lengkung terdiri atas cermin silinder dan cermin bola. Cermin lengkung yang akan dibicarakan dalam modul ini adalah cermin bola. Jika permukaan bola bagian dalam yang mengkilap, jenis cermin adalah cermin cekung. Jika permukaan bagian luar bola yang mengkilap, jenis cermin adalah cermin cembung. Ruang di belakang cermin yang dapat dilihat oleh mata disebut dengan medan penglihatan. Medan penglihatan tergantung pada ukuran cermin dan letak mata di depan cermin.

Pemantulan pada cermin Lengkung

Sewaktu di SMP kalian telah dikenalkan tentang cermin lengkung. Cermin lengkung ada dua jenis yaitu cermin cembung dan cemin cekung. Pertama-tama yang perlu kalian ketahui adalah daerah di sekitar cermin lengkung. Daerah ini dibagi menjadi empat ruang. Perhatikan pembagian ruang ini pada Gambar berikut. Coba kalian amati apa persamaan dan perbedaan dari cermin cekung dan cermin cembung.

Pembagian ruang pada cermin cekung itu dibatasi oleh cermin (titik O), titik R (titik pusat kelengkungan) dan titik F (titik fokus). Jarak OF sama dengan FR sehingga berlaku hubungan:

dengan:

f = jarak fokus cermin

R = jari-jari kelengkungan

Ruang-ruang di sekitar cermin ini juga dibagi menjadi dua lagi yaitu daerah di depan cermin bersifat nyata dan di belakang cermin bersifat maya.

Sifat-sifat bayangan

Bayangan-bayangan benda oleh cermin lengkung dapat ditentukan dengan berbagai metode. Metode itu diantaranya adalah dengan percobaan dan penggambaran sinar-sinar istimewa. Ada tiga sinar istimewa yang melalui cermin yaitu:

1. Sinar yang menuju fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama.

2. Sinar yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan menuju fokus (untuk cermin cekung) atau seolah-olah dari fokus (untuk cermin cembung).

3. Sinar yang menuju atau melalui titik pusat kelengkungan (R) akan dipantulkan kembali.

Contoh:

1. Sebuah benda di tempatkan di ruang kedua cermin cekung. Tentukan sifat-sifat bayangan yang terjadi dengan menggambarkan pembentukan bayangan yang dibentuk dari sinar-sinar istimewanya!

Penyelesaian

Pembentukan bayangan pada cermin lengkung dapat menggunakan dua sinar istimewa. Misalnya kita menggunakan dua sifat sinar istimewa, yaitu:

1. Sifat sinar istimewa 2: Sinar yang menuju fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama.

2. Sifat sinar istimewa 2: Sinar yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan menuju fokus (untuk cermin cekung) atau seolah-olah dari fokus (untuk cermin cembung).

Jika kedua gambar tersebut digabung akan menjadi:

Sehingga bayangan yang terbentuk adalah:

·  Bayangan terjadi di ruang ketiga di depan cermin artinya bayangan bersifat nyata dan terbalik

·    Bayangan lebih besar.

Berarti sifat bayangan : nyata, terbalik, diperbesar.

2. Sebuah benda di tempatkan di depan cermin cembung. Tentukan sifat-sifat bayangan yang terjadi dengan menggambarkan pembentukan bayangan yang dibentuk dari sinar-sinar istimewanya!

Penyelesaian

Pembentukan bayangan pada cermin lengkung dapat menggunakan dua sinar istimewa. Misalnya kita menggunakan dua sifat sinar istimewa, yaitu:

1. Sifat sinar istimewa 2: Sinar yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah dari fokus (untuk cermin cembung).

2. Sifat sinar istimewa 3: Sinar yang menuju atau melalui titik pusat kelengkungan (R) akan dipantulkan kembali.

Jika kedua gambar tersebut digabung akan menjadi:

Sehingga bayangan yang terbentuk adalah:

·  Bayangan terjadi di ruang pertama di belakang cermin artinya bayangan bersifat maya dan tegak

·  Bayangan lebih kecil.

Berarti sifat bayangan : maya, tegak, diperkecil.

Hubungan antar besaran

Sifat-sifat bayangan oleh cermin lengkung juga dapat ditentukan secara matematis. Masih ingat hubungan jarak benda ke cermin (S), jarak bayangan ke cermin (S’) dan jarak fokus (f)? Di SMP kalian sudah diajarkan. Hubungan itu dapat dituliskan sebagai berikut.

Dengan ketentuan sebagai berikut:

1. s bertanda (+) jika benda terletak di depan cermin (benda nyata)
2. s bertanda (-) jika benda terletak di belakang cermin (benda maya)
3. s’ bertanda (+) jika bayangan terletak di depan cermin (bayangan nyata)
4. s’ bertanda (-) jika bayangan terletak di belakang cermin (bayangan maya)
5. f dan R bertanda (+) jika pusat lengkung cermin terletak di depan cermin (cermin cekung)
6. f dan R bertanda (-) jika pusat lengkung cermin terletak di belakang cermin (cermin cembung)

Hubungan kedua yang perlu kalian mengerti adalah perbesaran bayangan. Perbesaran bayangan oleh cermin lengkung memenuhi:

Dimana:

M = perbesaran bayangan

h’ = tinggi bayangan (m)

h = tinggi benda (m)

Untuk cermin lengkung akan berlaku:

Dalam persamaan ini akan berlaku:

h’ positif (+) menyatakan bayangan adalah tegak (dan maya)

h’ negatif (-) menyatakan bayangan adalah terbalik (dan nyata)

Untuk melihat hubungan antara nilai M dengan sifat-sifat bayangan yang terbentuk, dapat dlihat pada tabel berikut ini.

Contoh Soal

1. Jarak fokus sebuah cermin cekung 8 cm. Tentukan letak, perbesaran, dan sifat bayangan dari benda yang terletak di depan cermin sejauh 20 cm!

Penyelesaian

Diketahui:                        

f = 8 cm

s = 20 cm

Ditanya:

s’ = .... ?

M = .... ?

sifat bayangan = ....?

Jawab:

a. letak bayangan

s’ = 40/3 cm (karena positif berarti di depan cermin)

b. Perbesaran bayangan

c. Sifat bayangan

* terletak di depan cermin (karena f < s’ < 2f)

* nyata (karena s’ positif)

* terbalik (karena M negatif)

* diperkecil karena 

2. Jarak fokus sebuah cermin cembung 10 cm. Sebuah benda setinggi 6 cm diletakkan 25 cm di depan cermin. Tentukanlah letak bayangan, perbesaran bayangan, dan tinggi bayangan!

Penyelesaian

Diketahui:

f = -10 cm (negatif karena cermin cembung)

h = 6 cm

s = 25 cm

Ditanya:

s’ = .... ?

M = .... ?

h’ = .... ?

Jawab:

a. Jarak bayangan:

s’ = = -7,14 cm (negatif berarti letaknya di belakang cermin cembung)

b. Perbesaran bayangan:

LENSA

Lensa adalah benda tembus cahaya yang dibatasi oleh dua bidang lengkung, biasanya bidang bola, kadang-kadang bidang silinder, atau satu bidang lengkung dan satu bidang datar. Lensa terdiri dari beberapa jenis; ada lensa cembung, ada lensa cekung. Lensa cembung ialah lensa yang bagian tengahnya lebih tebal daripada bagian pinggirnya; sedangkan lensa cekung bagian tengahnya lebih tipis daripada bagian pinggirnya. Lensa cembung (lensa konveks) terdiri dari beberapa macam: Lensa cembung rangkap (bi-konveks), lensa cembung datar (plano-konveks), lensa cembung cekung (konkaf-konveks). Lensa cekung (lensa-konkaf) terdiri beberapa jenis, yaitu; lensa cekung rangkap (bi-konkaf), lensa cekung datar (plano-konkaf), dan lensa cekung cembung (konveks-konkaf). Lensa cembung disebut juga lensa konvergen, karena bersifat mengumpulkan sinar-sinar. Lensa cekung disebut juga lensa divergen, karena bersifat memencarkan sinar-sinar.

Seperti halnya pada cermin lengkung, pada lensa juga dibagi menjadi empat ruang. Pembagian ruangannya berbeda antara ruang benda dan ruang bayangan. Perhatikan Gambar berikut.
Pembentukan bayangan hasil pembiasan lensa juga mirip pada cermin lengkung, ada tiga sinar istimewa yang perlu dimengerti. Tiga sinar istimewa itu adalah sebagai berikut.
1. Sinar yang menuju fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama.
2. Sinar yang sejajar sumbu utama akan dibiaskan menuju fokus lensa (untuk lensa cembung) atau seolah-olah dari fokus (untuk lensa cekung).
3. Sinar yang menuju pusat lensa akan diteruskan.

Contoh Soal

Sebuah benda ditempatkan 40 cm dari sebuah lensa yang berjarak fokus 25 cm. Tentukan sifat-sifat bayangan yang dihasilkan benda dengan metode gambar jika:

a. lensanya cembung,

b. lensanya cekung!

Penyelesaian

a. lensa cembung

Pembentukan bayangan pada lensa dapat menggunakan dua sinar istimewa. Misalnya kita menggunakan dua sifat sinar istimewa, yaitu:

1. Sifat sinar istimewa 1: Sinar yang menuju fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama

2. Sifat sinar istimewa 2: Sinar yang sejajar sumbu utama akan dibiaskan menuju fokus lensa
Jika kedua gambar tersebut digabung akan menjadi:
Sehingga bayangan yang terbentuk adalah: nyata, terbalik, diperbesar

b. lensa cekung

Pembentukan bayangan pada lensa dapat menggunakan dua sinar istimewa. Misalnya kita menggunakan dua sifat sinar istimewa, yaitu:

1. Sifat sinar istimewa 2: Sinar yang sejajar sumbu utama akan dibiaskan seolah-olah dari fokus
2. Sifat sinar istimewa 2: Sinar yang menuju pusat lensa akan diteruskan
Jika kedua gambar tersebut digabung akan menjadi:
Sehingga bayangan yang terbentuk adalah: maya, tegak, diperkecil.

Hubungan Antar Besaran

Rumus umum cermin lengkung dan rumus perbesaran linier pada cermin lengkung juga berlaku untuk lensa tipis yaitu:

Sedangkan perjanjian tanda untuk menggunakan persamaan di atas pada lensa tipis yaitu:

s bertanda (+) jika benda terletak di depan lensa (benda nyata)

s bertanda (-) jika benda terletak di belakang lensa (benda maya)

s’ bertanda (+) jika bayangan terletak di belakang lensa (bayangan nyata)

s’ bertanda (-) jika bayangan terletak di depan lensa (bayangan maya)

f bertanda (+) untuk lensa cembung/konveks/konvergen

f bertanda (-) untuk lensa cekung/konkaf/divergen

h’ bertanda (+) menyatakan bayangan tegak (maya)

h’ bertanda (-) menyatakan bayangan terbalik (nyata)


Contoh Soal

1)   Sebuah benda diletakkan 30 cm di depan lensa konvergen dengan jarak fokus 15 cm. Tentukan:

a)    letak bayangan

b)    perbesaran bayangan

c)    sifat-sifat bayangan

Penyelesaian

Diketahui:

s = +30 cm (di depan lensa)

f = +15 cm (lensa cembung)

Ditanya:  

a)        s’ = ... ?

b)        M = .....?

c)        sifat-sifat bayangan?

Jawab:

2)  Sebuah benda diletakkan 30 cm di depan lensa divergen dengan jarak fokus 15 cm. Tentukan:

a) letak bayangan

b) perbesaran bayangan

c) sifat-sifat bayangan

Penyelesaian

Diketahui:

s = +30 cm (di depan lensa)

f = -15 cm (negatif karena lensa cekung)

Ditanya:  

a) s’ = ... ?

b) M = .....?

c) sifat-sifat bayangan?

Jawab:

Indeks Bias

Indeks bias mutlak suatu medium dapat dipandang sebagai suatu ukuran kemampuan medium itu untuk membelokkan cahaya. Medium yang memiliki indeks bias lebih besar adalah medium yang lebih kuat membelokkan cahaya. Persamaan Snellius menyatakan bahwa:

n1 sin Θ1 = n2 sin Θ2
Hubungan antara cepat rambat dengan indeks bias dinyatakan dengan:
v1 n1 = v2 n2
Dan hubungan antara panjang gelombang dengan indeks bias dinyatakan dengan:
λ1 n1 = λ2 n2
Dimana:
        n1 = indeks bias medium 1
n2 = indeks bias medium 2
Θ1 = sudut sinar datang di medium 1
Θ2 = sudut sinar bias di medium 2
v1 = cepat rambat gelombang di medium 1
v2 = cepat rambat gelombang di medium 2
λ1 = panjang gelombang di medium 1
λ2 = panjang gelombang di medium 2

Persamaan Pembuat Lensa

Jarak fokus lensa dalam suatu medium berhubungan dengan jari-jari kelengkungan bidang depan dan bidang belakang lensa dan indeks bias bahan lensa, yang dinyatakan dengan:

Dimana:

n2 = indeks bias bahan lensa

n1 = indeks bias medium di sekitar lensa

R = jari-jari bidang lengkung

R1 atau R2 (+) untuk bidang cembung

R1 atau R2 (-) untuk bidang cekung

R1 atau R2 (~) untuk bidang datar

Persamaan di atas sering digunakan untuk menetukan jarak fokus lensa yang ingin dibuat oleh para pembuat lensa sehingga disebut persamaan pembuat lensa.

Contoh Soal

Jarak fokus sebuah lensa ketika berada di udara adalah 12 cm. Berapakah jarak fokus lensa jika lensa itu dicelupkan ke dalam air? Indeks bias lensa = 1,5 dan indeks bias air = 4/3.

Penyelesaian:

Kuat Lensa

Besaran yang menyatakan ukuran lensa dinamakan kuat lensa/daya lensa (P) yang secara matematis dirumuskan dengan:

Contoh Soal

Di depan sebuah lensa ditempatkan benda sejauh 30 cm. Ternyata bayangan yang terjadi berada 15 cm dibelakang lensa. Tentukan daya lensa yang digunakan tersebut.

Penyelesaian

Diketahui:

S = 30 cm

S’ = 15 cm

Ditanyakan: P = …?

Jawab:

ALAT-ALAT OPTIK

Mata

Mata manusia terdiri dari kornea, cairan aqueous humor, lensa mata (lensa kristalin), iris, pupil, vitreous humor, retina, otot siliar, dan saraf optik. Ketika cahaya masuk ke mata melalui kornea, dibiaskan oleh cairan aqueous humor. Iris mengendalikan besar kecilnya pupil, yang mengatur banyak sedikitnya cahaya yang masuk ke lensa mata. Cahaya ini difokuskan oleh lensa mata ke retina, yang terdiri atas berjuta-juta sel sensitif (sel batang dan sel kerucut). Ketika dirangsang oleh cahaya sel-sel ini mengirim sinyal-sinyal melalui saraf optik ke otak. Jadi, suatu bayangan nyata benda dapat diterima dengan jelas jika bayangan tersebut jatuh di retina. Bayangan yang dibentuk pada retina adalah nyata, terbalik, dan lebih kecil, namun bayangan yang terbalik ini diinterpretasikan oleh otak sebagai bayangan tegak.

Untuk mencapai retina, cahaya mengalami 5 kali pembiasan yaitu dari udara (n = 1), kornea (n = 1,38), aqueous humor (n = 1,33), lensa (rata-rata n = 1,40), dan vitreous humor (n = 1,34). Prosentase pembiasan yang terbesar terjadi pada bidang batas antara udara-kornea karena perbedaan indeks bias antara keduanya paling besar daripada bidang batas pembiasan yang lainnya. Mata memiliki jarak bayangan tetap karena jarak lensa mata dan retina adalah tetap. Agar benda-benda dengan jarak berbeda dapat difokuskan pada retina maka jarak fokus lensa mata harus diatur. pengaturan jarak fokus ini dilakukan oleh otot siliar. Proses dimana lensa mengubah jarak fokus untuk keperluan memfokuskan benda-benda pada berbagai jarak disebut akomodasi mata. 

Cacat Mata (Aberasi) dan Cara Menanggulanginya

Mata dapat melihat dengan jelas jika letak benda berada dalam jangkauan penglihatan, yaitu antara titik dekat mata (punctum proximum) dan titik jauh mata (punctum remotum). Titik dekat mata adalah titik paling dekat ke mata dimana suatu benda dapat diletakkan dan masih menghasilkan suatu bayangan tajam pada retina ketika mata berakomodasi maksimum. Titik jauh mata adalah lokasi paling jauh benda dimana mata yang relaks (mata tak berakomodasi) dapat memfokuskan benda. Mata normal (emetropi) memiliki titik dekat 25 cm dan titik jauh tak berhingga (~).

1.      Rabun jauh (miopi)

Mata rabun jauh memiliki titik dekat lebih kecil daripada 25 cm dan titik jauh pada jarak tertentu. Cacat ini disebabkan oleh karena lensa mata tidak dapat menjadi pipih sebagaimana mestinya sehingga bayangan jatuh di depan retina. Cacat mata ini dapat dibantu dengan lensa cekung, karena lensa cekung akan memencarkan cahaya sebelum masuk ke mata sehingga dapat membuat bayangan jatuh tepat di retina.

2.      Rabun dekat (hipermetropi)

Mata rabun dekat memiliki titik dekat lebih besar daripada 25 cm dan titik jauh pada jarak tak terhingga. Keadaan ini terjadi karena lensa mata tidak dapat menjadi cembung sebagaimana mestinya sehingga bayangan jatuh di belakang retina. Untuk membantu penderita rabuh dekat digunakan kacamata berlensa cembung yang akan menguncupkan cahaya sebelum masuk ke mata sehingga bayangan akan jatuh tepat di retina.

3.      Mata tua (presbiopi)

Mata tua adalah cacat mata akibat berkurangnya daya akomodasi mata pada usia lanjut. Titik dekatnya lebih besar dari 25 cm dan titik jauhnya pada jarak tertentu. Mata presbiopi ditolong dengan kacamata berlensa rangkap/bifokal.

4.      Astigmatisma

Cacat mata astigmatisma disebabkan oleh kornea mata yang tidak berbentuk sferik (irisan bola), melainkan lebih melengkung pada satu bidang daripada bidang lainnya (bidang silinder). Akibatnya, benda titik difokuskan sebagai garis pendek. Mata astigmatisma juga memfokuskan sinar-sinar pada bidang vertikal lebih pendek daripada bidang horisontal. Cacat mata ini dapat dibantu dengan kacamata silindris.

5.      Katarak dan glaukoma

Seseorang yang berumur panjang sewaktu-waktu dalam hidupnya akan mengalami pembentukan katarak, yang membuat lensa matanya secara parsial atau secara total buram (tak tembus cahaya). Pengobatan umum untuk katarak adalah operasi pembersihan lensa. Glaukoma disebabkan oleh peningkatan abnormal pada tekanan fluida dalam mata. Peningkatan tekanan ini dapat menyebabkan pengurangan suplai darah ke retina, yang akhirnya dapat mengarah kepada kebutaan. Jika gejala penyakit ini ditemukan lebih dini, penyakit ini bisa ditanggulangi dengan obat atau pembedahan.

           

Contoh Soal

1.  Seorang penderita rabun jauh memiliki titik jauh 100 cm. Jika ia ingin dapat melihat benda-benda jauh seperti orang normal, berapa kuat lensa yang harus digunakannya? 

Penyelesaian:

(Pada penderita cacat mata, fungsi kacamata adalah untuk menghasilkan bayangan benda agar jatuh pada titik dekat/titik jauh penderita (s’ = pp atau pr), sehingga bayangan tersebut berada di depan lensa. Menurut perjanjian, untuk bayangan yang terletak di depan lensa s’ bernilai (-).)

Diketahui:                     

s’ = -100 cm

s = ~ (penderita ingin melihat benda-benda jauh seperti orang normal, dimana orang normal memiliki titik jauh tak berhingga/benda-benda dianggap berada pada jarak tak berhingga)

Ditanya:   P = .... ?

Jawab:

2.  Seorang penderita rabun dekat memiliki titik dekat 100 cm. Jika ia ingin dapat membaca pada jarak baca normal, tentukan kuat lensa yang harus digunakannya!

Penyelesaian

Diketahui:                     

s’ = -100 cm

s = 25 cm (benda terletak di titik dekat orang normal)

Ditanya:   P = .... ?

Jawab:

Kamera

Kamera memiliki sebuah lensa positif dan cara kerjanya sama dengan mata. Berkas cahaya yang masuk pada kamera akan dibiaskan sehingga benda yang ditempatkan di depan lensa akan memberikan suatu bayangan di belakang lensa yang kemudian ditangkap oleh film. Bayangan ini nyata, diperkecil, dan posisinya terbalik. Kamera mempunyai diafragma yang fungsinya sama dengan dengan fungsi pupil pada mata. Jarak fokus kamera tetap, tapi jarak bayangannya dapat diubah-ubah.

Lup (Kaca Pembesar)

Lup adalah alat optik yang paling sederhana yang hanya menggunakan sebuah lensa cembung. Lup digunakan untuk melihat angka-angka yang sangat kecil, dan banyak digunakan oleh tukang arloji untuk melihat komponen-komponen arloji yang berukuran kecil.

Mikroskop         

Mikroskop merupakan alat optik yang menggunakan dua buah lensa positif. Satu lensa diletakkan di dekat objek yang disebut lensa objektif dan lensa lainnya diletakkan dekat mata pengamat yang disebut lensa okuler. Fungsi mikroskop yaitu untuk melihat benda-benda renik (benda-benda yang sangat kecil). Sifat bayangan yang dibentuk oleh mikroskop adalah maya, diperbesar, dan terbalik.

Teropong

Teropong atau teleskop merupakan alat optik yang digunakan untuk mengamati benda-benda yang jauh letaknya agar tampak lebih dekat dan jelas. Teropong dapat dikelompokkan dalam dua bagian yaitu teropong lensa (bias), yaitu teropong yang menggunakan lensa, dan teropong cermin (pantul), yaitu teropong yang menggunakan cermin dan lensa. Yang termasuk teropong bias yaitu:

1) Teropong bintang (teropong astronomi), menggunakan dua lensa positif, untuk mengamati benda-benda yang jauh.
2) Teropong bumi, digunakan untuk melihat benda-benda yang sangat jauh di permukaan bumi. Teropong ini dilengkapi dengan lensa pembalik yang juga lensa positif, yang ditempatkan setelah lensa objektif, yang fungsinya adalah untuk membalikkan bayangan sehingga bayangan akhir menjadi tegak.
3) Teropong panggung (teropong Galilei), menggunakan lensa positif sebagai lensa objektif, dan lensa negatif sebagai lensa okuler. Bayangan akhir yang dihasilkan adalah bayangan tegak.
4) Teropong prisma (binokuler), menggunakan dua lensa positif yang berfungsi sebagai lensa objektif dan lensa okuler, dan prisma sebagai pengganti lensa pembalik.

Sedangkan teropong pantul, misalnya teropong pantul astronomi, menggunakan cermin cekung besar yang berfungsi sebagai pemantul cahaya, satu cermin datar kecil, dan satu lensa cembung.


----------------------------------------------------------fisika online--------------------------------------
22 materi fisika beserta rumus, soal, penyelesaian soal berikut ini dapat Anda pelajari dengan mengklik salah satu materi yang ingin dipelajari.

Mekanika Fluida: materi, rumus, soal, penyelesaian soal serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari

Sahabat fisioner, dalam bab ini kita akan mempelajari statika fluida. Fluida adalah zat yang dapat mengalir, sehingga yang termasuk fluida adalah zat cair dan gas. Dalam  statika fluida  anda mempelajari fluida yang ada dalam keadaan diam (tidak bergerak). Fluida yang diam disebut fluida statis. Jika yang diamati adalah zat cair disebut hidrostatis. Apakah sahabat fisioner sudah siap? Ayo kita mulai!

Fluida Statis

1. Tekanan

Di SMP anda telah mempelajari tekanan, yang didefinisikan sebagai gaya normal (tegak lurus) yang bekerja pada suatu bidang dibagi dengan luas bidang tersbut.

Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal (disingkat Pa) untuk memberi penghargaan kepada Blaise Pascal, penemu hukum Pascal. Tentu saja 1 Pa = 1 Nm-2. Untuk keperluan cuaca digunakan satuan atmosfer (atm), cmHg atau mmHg, dan milibar (mb).
1 mb = 0,001; 1 bar = 105 Pa
1 atm = 76 cmHg = 1, 01 x 105 Pa = 1, 01 bar
Untuk menghormati Torricelli, fisikawan italia penemu barometer, ditetapkan satuan tekanan dalam torr,
1 torr = 1 mmHg

a. Penurunan rumus tekanan Hidrostatis

Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam suatu wadah selalu tertarik ke bawah. Makin tinggi zat cair dalam wadah, makin berat zat cair itu, sehingga makin besar juga tekanan zat cair pada dasar wadahnya. Tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh beratnya sendiri disebut tekanan hidrostatis. 
Bayangkan luas penampang persegi panjang (luas yang diarsir), p x l, yang terletak pada kedalaman h di bawah permukaan zat cair (massa jenis = r), seperti tampak pada gambar di samping. Volume zat cair di dalam balok = p x l x h, sehingga massa zat cair di dalam balok adalah
Berat zat cair di dalam balok,
Tekanan zat cair di sembarang titik pada luas bidang yang diarsir adalah

Jadi, tekanan hidrostatis zat cair (ph) dengan massa jenis r pada ketinggian h dirumuskan dengan

b.  Tekanan Gauge

Tekanan gauge adalah selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer (tekanan udara luar). Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan adalah tekanan gauge. Adapun tekanan sesungguhnya disebut denga tekanan mutlak.
Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer
p = pgauge + patm
Sebagai contoh, sebuah ban yang mengandung udara dengan tekanan gauge 2 atm (diukur oleh alat ukur) memiliki tekanan mutlak kira-kira 3 atm. Ini karena tekanan atmosfer pada permukaan laut kira-kira 1 atm.

c. Tekanan mutlak pada suatu kedalaman zat cair

Telah disebutkan sebelumnya bahwa pada lapisan atas zat cair bekerja tekanan atmosfer. Atmosfer adalah lapisan udara yang menyelimuti bumi. Pada tiap bagian atmosfer bekerja gaya tarik gravitasi. Makin ke bawah, makin berat lapisan udara yang diatasnya. Oleh karena itu, makin rendah suatu tempat, makin tinggi tekanan atmosfernya. Di permukaan laut, tekanan atmosfer bernilai kira-kira 1 atm atau 1,01 x 105 Pa.

2.      Hukum pokok Hidrostatika


Perhatikan gambar di atas. Gambar di atas memperlihatkan sebuah bejana berhubungan yang didisi dengan fluida, misalnya air. Anda dapat melihat bahwa tinggi permukaan air di setiap tabung adalah sama, walaupun bentuk setiap tabung berbeda.
Bagaimanakah tekanan yang dialami oleh suatu titik di setiap tabung? Samakah tekanan total di titik A, B, C dan D yang segaris?

Hukum pokok hidrostatika berbunyi:
Semua titik yang terletak pada bidang datar yang sama di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan (mutlak) yang sama.

Jadi, walaupun bentuk penampang tabung berbeda, besarnya tekanan total di titik A, B, C, dan D adalah sama. Persamaan hukum pokok hidrostatika dapat diturunkan dengan memperhatikan gambar berikut.
Misalkan pada suatu bejana berhubungan dimasukan dua jenis fluida yang massa jenisnya berbeda, yaitu r1 dan r2. Jika diukur dari bidang batas terendah antara fluida 1 dan fluida 2, yaitu titik B dan titik A, fluida 2 memiliki ketinggian h2 dan fluida 1 memiliki ketinggian h1. Tekanan total di titik A dan di titik B adalah sama. Menurut persamaan pokok hidrostatis, besarnya tekanan di titik A dan titik B bergantung pada massa jenis fluida dan ketinggian fluida di dalam tabung. Secara matematis, persamaannya dapat di tulis sebagai berikut.

3. Hukum Pascal

Di SMP anda telah melakukan percobaan seperti yang ditunjukkan pada gambar di samping. Ketika anda memeras ujung kantong plastik berisi air yang memiliki banyak lubang, air memancar dari setiap lubang dengan sama kuat. Hasil percobaan inilah yang diamati Blaise Pascal yang kemudian menyimpulkannya dalam hukum Pascal yang berbunyi:
Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. 

Sebuah terapan sederhana dari prinsip hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik.
Skema dari prinsip kerja dongkrak hidrolik ditunjukkan seperti pada gambar berikut:
Dongkrak hidrolik terdiri dari bejana dengan dua kaki (kaki 1 dan kaki 2) yang masing-masing diberi penghisap. Penghisap 1 memiliki luas penampang A1 (lebih besar) dan penghisap 2 memiliki luas penampang A2 (lebih kecil). Bejana diisi dengan ciran (misalnya oli).
Jika penghisap 2 anda tekan dengan gaya F2, zat cair akan menekan penghisap 2 ke atas dengan gaya pA2 sehingga terjadi keseimbangan pada penghisap 2 dan berlaku
Sesuai hukum pascal bahwa tekanan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah, maka pada penghisap 1 bekerja gaya ke atas pA1. Gaya yang seimbang dengan ini adalah F1 yang bekerja pada penghisap 1 dengan arah ke bawah.
Dengan menyamakan ruas kanan (**) dan (*) kita peroleh
Persamaan di atas menyatakan bahwa perbandingan gaya sama dengan perbandingan luas penghisap
Penampang penghisap dongkrak hidrolik berbentuk silinder dengan diameter (garis tengah) yang diketahui. Misalnya, penghisap 1  berdiameter D1 dan penghisap 2 berdiameter D2, maka
Persamaan di atas menyatakan bahwa perbandingan gaya sama dengan perbandingan kuadrat diameter. Ini berarti jika diameter penghisap 2 adalah 10 x diameter penghisap 1, gaya tekan 100 N pada penghisap 1 dapat mengangkat mobil yang memiliki berat (10)2 x 100 N = 10.000 N pada penghisap 2.

4.      Hukum Archimedes

Jika kita celupkan batu ke dalam sebuah bejana berisi air, permukaan air akan naik. Ini karena batu menggantikan volume air. Jika batu kita celupkan pada bejana yang penuh berisi air, sebagian air akan tumpah dari bejana. Volume air tumpah sama dengan volume batu yang menggantikan air.
Jadi, suatu benda yang dicelupkan seluruhnya dalam zat cair selalu menggantikan volume zat cair yang sama dengan volume benda itu sendiri.
Dengan pemahaman di atas, disertai dengan kaitan antara gaya apung yang dirasakannya dengan volume zat cair yang dipindahkan benda, Archimedes menemukan hukumnya, yaitu hukum Archimedes yang berbunyi:
Gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dicelupkan sebagaian atau seluruhnya ke dalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.

a.  Penurunan Matematis Hukum Archimedes

Apakah penyebab munculnya gaya apung yang dikerjakan oleh suatu fluida kepada benda yang tercelup dalam fluida?
Ternyata gaya apung ini muncul karena selisih antara gaya hidrostatis yang dikerjakan fluida terhadap permukaan bawah dengan permukaan atas benda. Kita akan menurunkan rumus gaya apung Fa secara teoritis berdasarakan pemahaman tekanan hidrostatis yang telah anda pelajari sebelumnya. Seperti telah anda ketahui bahwa gaya apung terjadi akibat konsekuensi dari tekanan hidrostatis yang makin meningkat dengan kedalaman. Dengan kata lain, gaya apung terjadi karena makin dalam zat cair, makin besar tekanan hidrostatisnya. Ini menyebabkan tekanan pada bagian bawah benda lebih besar daripada tekanan pada bagian atasnya.

b.  Mengapung, tenggelam, dan melayang

Masih ingatkah anda dengan peristiwa mengapung, tenggelam, dan melayang ketika suatu benda dicelupkan dalam zat cair?
Untuk mengingatnya kembali, perhatikan ilustrasi pada gambar berikut!
Ilustrasi pada gambar di atas menunjukkan bahwa apakah suatu benda mengapung, tenggelam atau melayang hanya ditentukan oleh massa jenis rata-rata benda dan massa jenis zat cair. Jika massa jenis rata-rata benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair, benda akan mengapung di permukaan zat cair. Jika massa jenis rata-rata benda lebih besar daripada massa jenis zat cair, benda akan tenggelam di dasar wadah zat cair. Jika massa jenis rata-rata benda sama dengan massa jenis zat cair, benda akan melayang dalam zat cair di antara permukaan dan dasar wadah zat cair. Jadi,
Peristiwa mengapung, tenggelam, dan melayang juga dapat dijelaskan berdasarkan konsep gaya apung dan berat benda. Pada suatu benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam zat cair, bekerja gaya apung (Fa). Dengan demikian, pada benda yang tercelup dalam zat cair bekerja dua buah gaya: gaya berat w dan gaya apung Fa, gambar berikut.

B.Tegangan Permukaan Zat Cair dan Viskositas Fluida

1.  Apakah Tegangan Permukaan Zat Cair Itu?

Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan tipis.

2. Mengapa Terjadi Tegangan Permukaan pada Zat Cair?

Di SMP anda telah mempelajari bahwa antara partikel-partikel sejenis terjadi gaya tarik menarik yang disebut gaya kohesi. A mewakili partikel di dalam zat cair, sedangkan B mewakili partikel di permukaan zat cair (gambar). Partikel A ditarik oleh gaya yang sama besar ke segala arah oleh partikel-partikel di dekatnya. Sebagai hasilnya, resultan gaya pada partikel-partikel di dalam zat cair (diwakili oleh A) adalah sama dengan nol, dan di dalam zat cair tidak ada tegangan permukaan.
Bagaimana dengan partikel-partikel di permukaan zat cair (diwakili oleh B)?
Partikel B ditarik oleh partikel-partikel yang ada di samping dan di bawahnya dengan gaya-gaya yang sama besar, tetapi B tidak ditarik oleh partikel-pertikel di atasnya (karena di atas B tidak ada partikel zat cair). Sebagai hasilnya, terdapat resultan gaya berarah ke bawah yang bekrja pada permukaan zat cair. Resultan gaya ini menyebabkan lapisan-lapisan atas seakan-akan tertutup oleh hamparan selaput elastis yang ketat. Selaput ini cenderung menyusut sekuat mungkin. Oleh karena itu, sejumlah tertentu cairan cenderung mengambil bentuk dengan permukaan sesempit mungkin. Inilah kita sebut dengan tegangan permukaan. 
Akibat tegangan permukaan ini, setetes cairan cenderung berbentuk bola. Karena dalam bentuk bola itu, cairan mendapatkan daerah permukaan yang tersempit. Inilah yang menyebabkan tetes air yang jatuh dari kran dan tetes-tetes embun yang jatuh pada sarang laba-laba berbentuk bola. 
Tarikan pada permukaan cairan membentuk semacam kulit penutup yang tipis. Nyamuk dapat berjalan di atas air karena berat nyamuk dapat diatasi oleh kulit ini. Peristiwa yang sama terjadi pada klip kertas yang perlahan-lahan kita letakkan di permukaan air. Ketika anda menambahkan detergen atau larutan sabun ke dalam air, anda menurunkan tegangan permukaan air. Sebagai hasilnya, berat klip kertas tidak dapat lagi ditopang oleh tegangan permukaan air, dan klip kertas akan tenggelam.

3.      Formulasi Tegangan Permukaan

Gambar di atas menunjukkan contoh lain dari tegangan permukaan. Seutas kawat dibengkokan hingga berbentuk U, dan seutas kawat kedua dapat meluncur pada kaki-kaki kawat U. Ketika alat ini dicelupkan dalam larutan sabun dan dikeluarkan, kawat kedua (jika beratnya tidak begitu besar) akan tertarik ke atas. Untuk menahan kawat ini agar tidak meluncur ke atas, kita perlu mengerjakan gaya T ke bawah. Total gaya ke bawah yang menahan kawat kedua adalah F = T + w.
Kita misalkan panjang kawat kedua adalah l. Larutan sabun yang menyentuh kawat kedua memiliki dua permukaan, sehingga gaya tegangan permukaan bekerja sepanjang 2l panjang permukaan. Tegangan permukaan (g) dalam larutan sabun didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan permukaan (F) dan panjang permukaan (d) di mana gaya itu bekerja. Secara matematis kita tulis

Perhatikan bahwa tegangan permukaan bukanlah besaran gaya, tetapi merupakan gaya dibagi dengan panjang, sehingga satuan tegangan permukaan adalah N/m. Tabel berikut mendaftar tegangan permukaan beberapa zat cair yang umum dijumpai dalam keseharian.

Zat Cair yang Kontak dengan Udara
Suhu (0C)
Tegangan Permukaan (x 10-3 N/m)
Air
0
75,6
Air
25
72,0
Air
80
62,6
Etil Alkohol
20
22,8
Aseton
20
23,7
Gliserin
20
63,4
Raksa
20
43,5

4. Penerapan Tegangan Permukaan dalam Kehidupan Sehari-hari

Tegangan permukaan air berhubungan dengan kemampuan air membasahi benda. Makin kecil tegangan permukaan air, makin baik kemampuan air untuk membasahi benda, dan ini berarti kotoran-kotoran pada benda lebih mudah larut dalam air. Prinsip inilah yang banyak dimanfaatkan dalam kehidupan fisika sehari-hari.
1. Mengapa mencuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian yang lebih bersih?
Tegangan permukaan air dipengaruhi oleh suhu. Makin tinggi suhu, makin kecil tegangan permukaan air (lihat tabel di atas), dan ini berarti makin baik kemampuan air untuk membasahi benda. Karena itu, mencuci dengan air panas menyebabkan kotoran pada pakaian lebih mudah larut dan cucian menjadi lebih bersih.
2.   Detergen sintesis modern
Banyak kotoran pakaian yang tidak larut di dalam air segar, tetapi larut di dalam air yang diberi detergen. Detergen memperkecil tegangan permukaan air sehingga air mampu mencuci dengan bersih.
3.   Itik dapat berenang di air
Itik dapat berenang di air karena bulu-bulunya tidak basah oleh air. Jika air diberi detergen, tegangan permukaan air berkurang dan itik yang berusaha berenang bulu-bulunya akan basah oleh air. Akibatnya, itik akan tenggelam.
4.   Antiseptik
Antiseptik memiliki tegangan permukaan yang rendah sehingga antiseptik dapat membasahi seluruh luka.

5.  Viskositas Fluida

a. Hukum Stokes untuk Fluida Kental 

    Dalam suatu fluida ideal (fluida tidak kental) tidak ada viskositas (kekentalan) yang menghambat lapisan-lapisan fluida ketika lapisan-lapisan tersebut menggeser satu di atas lainnya. Dalam suatu pipa dengan luas penampang seragam (serbasama), setiap lapisan fluida ideal bergerak dengan kecepatan yang sama; demikian juga lapisan yang dekat dengan dinding pipa seperti pada gambar a di samping.
Ketika viskositas (kekentalan) hadir, kecepatan lapisan-lapisan fluida tidak seluruhnya sama, seperti diilustrasikan pada gambar b di atas. Lapisan fluida yang terdekat dengan dinding pipa bahkan sama sekali tidak bergerak (v = 0), sedangkan lapisan fluida pada pusat pipa memiliki kecepatan terbesar.
Viskositas dalam aliran fluida kental sama saja dengan gesekan pada gerak benda padat. Untuk fluida ideal, viskositas h = 0, sehingga kita selalu menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan oleh fluida. Akan tetapi, bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental, gerak benda tersebut akan dihambat oleh gaya gesekan fluida pada benda tersebut. Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan oleh

b. Kecapatan Terminal

Perhatikan sebuah kelereng yang dilepaskan jatuh bebas dalam suatu fluida kental. Jika hanya gaya gravitasi yang bekerja pada kelereng, kelereng akan bergerak dipercepat dengan percepatan sama dengan percepatan gravitasi g. Ini berarti, jarak antara dua kedudukan kelereng dalam selang waktu yang sama haruslah makin besar. Hasil eksperimen yang ditunjukkan pada gambar di atas menyatakan hal yang berbeda. Mula-mula jarak antara kedua kelereng dalam selang waktu yang sama makin besar, tetapi mulai saat tertentu, jarak antara dua kedudukan kelereng dalam selang waktu yang sama adalah sama besar. Dari hasil eksperimen ini disimpulkan bahwa suatu benda yang dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental, kecepatannya makin membesar sampai mencapai suatu kecepatan terbesar yang tetap. Kecepatan terbesar yang tetap ini dinamakan kecepatan terminal.
Pada suatu benda yang jatuh bebas dalam fluida kental, selama geraknya, pada benda tersebut bekerja tiga buah gaya, yaitu gaya berat, w = m.g, gaya ke atas yang dikerjakan fluida Fa, dan gesekan yang dikerjakan fluida Ff .
Seperti telah dinyatakan, benda kan bergerak makin cepat sampai mencapai kecepatan terminal konstan. Pada saat kecepatan terminal vT tercapai, gaya-gaya yang bekerja pada benda adalah seimbang:

Fluida Dinamis

Dalam dinamika fluida anda mempelajari tentang fluida yang mengalir (bergerak). Fluida yang mengalir disebut fluida dinamis. Jika yang diamati adalah zat cair, disebut hidrodinamika.

1.   Apa yang Dimaksud dengan Fluida Ideal?

Ciri-ciri umum fluida ideal:
a. Aliran fluida dapat merupakan aliran tunak (steady) atau tidak tunak (non-steady). Jika kecepatan v di suatu titik adalah konstan terhadap waktu, aliran fluida dikatakan tunak. Contoh aliran tunak adalah arus air yang mengalir dengan tenang (kelajuan aliran rendah). Pada aliran tak tunak, kecepatan v di suatu titik tidak konstan terhadap waktu. Contoh aliran tak tunak adalah gelombang pasang air laut.
b. Aliran fluida dapat termampatkan (compressible) atau tak termampatkan (incompressible). Jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volume (atau massa jenis) ketika ditekan, aliran fluida dikatakan tak termampatkan. Hampir semua zat cair yang bergerak (mengalir) dianggap sebagai aliran tak termampatkan . Bahkan, gas yang memiliki sifat sangat termampatkan, pada kondisi tertentu dapat mengalami perubahan massa jenis yang dapat diabaikan. Pada kondisi ini aliran gas dianggap sebagai aliran tak termampatkan. Sebagai contoh adalah pada penerbangan dengan kelajuan yang jauh lebih kecil daripada kelajuan bunyi di udara (340 m/s). Gerak relatif udara terhadap sayap-sayap pesawat terbang dapat dianggap sebagai aliran fluida yang termampatkan.
c. Aliran fluida dapat merupakan aliran kental (viscous) atau tak kental (non-viscous). Kekentalan aliran fluida mirip dengan gesekan permukaan pada gerak benda padat. Pada kasus tertentu, seperti pelumasan pada mesin mobil, kekentalan memegang peranan sangat penting. Akan tetapi, dalam banyak kasus kekentalan dapat diabaikan.
d. Aliran fluida dapat merupakan aliran garis arus (streamline) atau aliran turbulen. Untuk aliran tunak, kecepatan fluida di suatu titik yang sama pada suatu garis arus, misalnya titik A pada gambar berikut, tidak berubah terhadap waktu. Artinya, tiap partikel yang tiba di A akan terus lewat dengan kelajuan dan arah yang sama. Ini juga berlaku untuk titik B dan C.
Jadi, tiap partikel yang tiba di A akan selalu menempuh lintasan yang menghubungkan A, B, dan C. Garis arus disebut juga aliran berlapis (aliran laminar = laminar flow). Kecepatan partikel fluida di tiap titik pada garis arus searah dengan garis singgung di titik itu. Dengan demikian, garis arus tidak pernah berpotongan.
Ketika melebihi suatu kelajuan tertentu, aliran fluida menjadi turbulen. Aliran turbulen ditandai oleh adanya aliran berputar. Ada partikel-partikel yang memiliki arah gerak berbeda bahkan, berlawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida. Untuk mengetahui apakah suatu aliran zat cair merupakan garis arus atau turbulen, anda cukup menjatuhkan sedikit tinta atau pewarna ke dalam zat cair itu. Jika tinta menempuh lintasan yang lurus atau melengkung tetapi tidak berputar-putar membentuk pusaran, aliran fluida itu berupa garis arus. Akan tetapi, bila tinta itu kemudian mengalir secara berputar-putar dan akhirnya menyebar, aliran fluida itu termasuk turbulen. Nah, fluida yang akan anda pelajari dalam bab ini dipandang sebagai fluida ideal, yaitu fluida yang tidak tunak, tak termampatkan, tak kental, dan streamline (garis arus).

2. Persamaan Kontinuitas

a. Pengertian  Debit

Debit adalah besaran yang menyatakan volume fluida yang mengalir melalui suatu penampang tertentu dalam satuan waktu tertentu.

b. Penurunan Persamaan Kontinuitas

Telusurilah sebuah sungai atau parit yang memiliki bagian yang lebar dan yang sempit. Perhatikanlah aliran sungai pada bagian yang lebar dan yang sempit itu. Pada bagian manakah aliran air makin deras? Pasti yang sempit alirannya lebih deras.
Jika suatu fluida mengalir dengan aliran tunak, maka massa fluida yang masuk ke salah satu ujung pipa haruslah sama dengan massa fluida yang keluar dari ujung pipa yang lain selama selang waktu yang sama. Hal ini berlaku karena pada aliran tunak tidak ada fluida yang dapat meninggalkan pipa melalui dinding-dinding pipa (garis arus tidak dapat saling berpotongan).
Tinjaulah suatu fluida yang mengalir dengan aliran tunak dan perhatikanlah bagian 1 dan 2 dari pipa (gambar di atas). Misalkan bahwa:

3. Hukum Bernoulli

4. Penerapan Hukum Bernouli

    Gaya Angkat Pesawat terbang
Dengan memperhatikan cara burung terbang, orang kemudian berusaha menirunya untuk mewujudkan impian manusia terbang tinggi di angkasa. Tanggal 17 Desember 1903, di Kitty Hawk, North Carolina, Amerika Serikat, Wright bersaudara berhasil menerbangkan pesawat terbang bermesin pertama di dunia. Keduanya berhasil terbang selama 59 detik dan menempuh jarak 300 meter. Hanya beberapa puluh tahun setelah itu, tepatnya 1964, dunia telah mengenal pesawat terbang intai strategis high altitude SR-71 Blackbird dengan tiga kali kecepatan suara dan dapat menempuh jarak 4830 km.
Pesawat terbang memiliki bentuk sayap mirip sayap burung, yaitu melengkung dan lebih tebal di bagian depan daripada di bagian belakangnya. Bentuk sayap seperti itu dinamakan aerofoil. Tidak seperti sayap burung, sayap pesawat tidak dapat dikepak-kepakkan. Karena itu, udara harus dipertahankan mengalir melalui kedua sayap pesawat terbang. Ini dilakukan oleh mesin pesawat yang menggerakkan maju pesawat menyongsong udara. Mesin pesawat lama menggunakan mesin baling-baling, sedangkan yang modern menggunakan mesin jet.
Bentuk aerofil pesawat terbang menyebabkan garis arus seperti gambar di atas. Garis arus pada sisi bagian atas lebih rapat daripada sisi bagian bawah, yang berarti kelajuan alir udara pada sisi bagian atas pesawat (v2) lebih besar daripada sisi bagian bawah sayap (v1). Sesuai dengan asas Bernoulli, tekanan pada sisi bagian atas (p2) lebih kecil dari pada sisi bagian bawah (p2) karena kelajuan udaranya lebih besar. Beda tekanan p1 – p2 menghasilkan gaya angkat sebesar:

----------------------------------------------------------fisika online--------------------------------------
22 materi fisika beserta rumus, soal, penyelesaian soal berikut ini dapat Anda pelajari dengan mengklik salah satu materi yang ingin dipelajari.
Subscribe to: Posts (Atom)