Minggu, 18 Juli 2010

Mekanika fluida

Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum yang mempelajari fluida (yang dapat berupa cairan dan gas). Mekanika fluida dapat dibagi menjadi fluida statik dan fluida dinamik. Fluida statis mempelajari fluida pada keadaan diam sementara fluida dinamis mempelajari fluida yang bergerak.

Hubungan dengan mekanika kontinum

Mekanika fluida biasanya dianggap subdisiplin dari mekanika kontinum, seperti yang diilustrasikan pada tabel berikut.

Mekanika kontinum: studi fisika dari material kontinu	Mekanika solid: studi fisika dari material kontinu dengan bentuk tertentu.	Elastisitas: menjelaskan material yang kembali ke bentuk awal setelah diberi tegangan.
		Plastisitas: menjelaskan material yang secara permanen terdeformasi setelah diberi tegangan dengan besar tertentu.	Reologi: studi material yang memiliki karakteristik solid dan fluida.
	Mekanika fluida: studi fisika dari material kontinu yang bentuknya mengikuti bentuk wadahnya.	Fluida non-Newtonian
		Fluida Newtonian

Dalam pandangan secara mekanis, sebuah fluida adalah suatu substansi yang tidak mampu menahan tekanan tangensial. Hal ini menyebabkan fluida pada keadaan diamnya berbentuk mengikuti bentuk wadahnya.

Asumsi Dasar

Seperti halnya model matematika pada umumnya, mekanika fluida membuat beberapa asumsi dasar berkaitan dengan studi yang dilakukan. Asumsi-asumsi ini kemudian diterjemahkan ke dalam persamaan-persamaan matematis yang harus dipenuhi bila asumsi-asumsi yang telah dibuat berlaku.

Mekanika fluida mengasumsikan bahwa semua fluida mengikuti:

Hukum kekekalan massa
Hukum kekekalan momentum
Hipotesis kontinum, yang dijelaskan di bagian selanjutnya.

Kadang, akan lebih bermanfaat (dan realistis) bila diasumsikan suatu fluida bersifat inkompresibel. Maksudnya adalah densitas dari fluida tidak berubah ketika diberi tekanan. Cairan terkadang dapat dimodelkan sebagai fluida inkompresibel sementara semua gas tidak bisa.

Selain itu, terkadang viskositas dari suatu fluida dapat diasumsikan bernilai nol (fluida tidak viskos). Terkadang gas juga dapat diasumsikan bersifat tidak viskos. Jika suatu fluida bersifat viskos dan alirannya ditampung dalam suatu cara (seperti dalam pipa), maka aliran pada batas sistemnya mempunyai kecepatan nol. Untuk fluida yang viskos, jika batas sistemnya tidak berpori, maka gaya geser antara fluida dengan batas sistem akan memberikan resultan kecepatan nol pada batas fluida.

Hipotesis kontinum

Fluida disusun oleh molekul-molekul yang bertabrakan satu sama lain. Namun demikian, asumsi kontinum menganggap fluida bersifat kontinu. Dengan kata lain, properti seperti densitas, tekanan, temperatur, dan kecepatan dianggap terdefinisi pada titik-titik yang sangat kecil yang mendefinisikan REV (‘’Reference Element of Volume’’) pada orde geometris jarak antara molekul-molekul yang berlawanan di fluida. Properti tiap titik diasumsikan berbeda dan dirata-ratakan dalam REV. Dengan cara ini, kenyataan bahwa fluida terdiri dari molekul diskrit diabaikan.

Hipotesis kontinum pada dasarnya hanyalah pendekatan. Sebagai akibatnya, asumsi hipotesis kontinum dapat memberikan hasil dengan tingkat akurasi yang tidak diinginkan. Namun demikian, bila kondisi benar, hipotesis kontinum menghasilkan hasil yang sangat akurat.

Masalah akurasi ini biasa dipecahkan menggunakan mekanika statistik. Untuk menentukan perlu menggunakan dinamika fluida konvensial atau mekanika statistik, angka Knudsen permasalahan harus dievaluasi. Angka Knudsen didefinisikan sebagai rasio dari rata-rata panjang jalur bebas molekular terhadap suatu skala panjang fisik representatif tertentu. Skala panjang ini dapat berupa radius suatu benda dalam suatu fluida. Secara sederhana, angka Knudsen adalah berapa kali panjang diameter suatu partikel akan bergerak sebelum menabrak partikel lain.

Persamaan Navier-Stokes

Persamaan Navier-Stokes (dinamakan dari Claude-Louis Navier dan George Gabriel Stokes) adalah serangkaian persamaan yang menjelaskan pergerakan dari suatu fluida seperti cairan dan gas. Persamaan-persamaan ini menyatakan bahwa perubahan dalam momentum (percepatan) partikel-partikel fluida bergantung hanya kepada gaya viskos internal (mirip dengan gaya friksi) dan gaya viskos tekanan eksternal yang bekerja pada fluida. Oleh karena itu, persamaan Navier-Stokes menjelaskan kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja pada fluida.

Persamaan Navier-Stokes memiliki bentuk persamaan diferensial yang menerangkan pergerakan dari suatu fluida. Persaman seperti ini menggambarkan hubungan laju perubahan suatu variabel terhadap variabel lain. Sebagai contoh, persamaan Navier-Stokes untuk suatu fluida ideal dengan viskositas bernilai nol akan menghasilkan hubungan yang proposional antara percepatan (laju perubahan kecepatan) dan derivatif tekanan internal.

Untuk mendapatkan hasil dari suatu permasalahan fisika menggunakan persamaan Navier-Stokes, perlu digunakan ilmu kalkulus. Secara praktis, hanya kasus-kasus aliran sederhana yang dapat dipecahkan dengan cara ini. Kasus-kasus ini biasanya melibatkan aliran non-turbulen dan tunak (aliran yang tidak berubah terhadap waktu) yang memiliki nilai bilangan Reynold kecil.

Untuk kasus-kasus yang kompleks, seperti sistem udara global seperti El Niño atau daya angkat udara pada sayap, penyelesaian persamaan Navier-Stokes hingga saat ini hanya mampu diperoleh dengan bantuan komputer. Kasus-kasus mekanika fluida yang membutuhkan penyelesaian berbantuan komputer dipelajari dalam bidang ilmu tersendiri yaitu mekanika fluida komputasional

Bentuk umum persamaan

Bentuk umum persamaan Navier-Stokes untuk kekekalan momentum adalah :

$\rho\frac{D\mathbf{v}}{D t} = \nabla \cdot\mathbb{P} + \rho\mathbf{f}$

di mana

$ρ$ adalah densitas fluida,

$\frac{D}{D t}$ adalah derivatif substantif (dikenal juga dengan istilah derivatif dari material)

$\mathbf{v}$ adalah vektor kecepatan,
$f$ adalah vektor gaya benda, dan
$\mathbb{P}$ adalah tensor yang menyatakan gaya-gaya permukaan yang bekerja pada partikel fluida.

$\mathbb{P}$ adalah tensor yang simetris kecuali bila fluida tersusun dari derajat kebebasan yang berputar seperti vorteks. Secara umum, (dalam tiga dimensi) $\mathbb{P}$ memiliki bentuk persamaan:

$\mathbb{P} = \begin{pmatrix} \sigma_{xx} & \tau_{xy} & \tau_{xz} \\ \tau_{yx} & \sigma_{yy} & \tau_{yz} \\ \tau_{zx} & \tau_{zy} & \sigma_{zz} \end{pmatrix}$

di mana

$σ$ adalah tegangan normal, dan
$τ$ adalah tegangan tangensial (tegangan geser).

Persamaan di atas sebenarnya merupakan sekumpulan tiga persamaan, satu persamaan untuk tiap dimensi. Dengan persamaan ini saja, masih belum memadai untuk menghasilkan hasil penyelesaian masalah. Persamaan yang dapat diselesaikan diperoleh dengan menambahkan persamaan kekekalan massa dan batas-batas kondisi ke dalam persamaan di atas.

Fluida Newtonian vs. non-Newtonian

Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari Isaac Newton) didefinisikan sebagai fluida yang tegangan gesernya berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah tegak lurus dengan bidang geser. Definisi ini memiliki arti bahwa fluida newtonian akan mengalir terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air adalah fluida Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada keadaan diaduk.

Sebaliknya, bila fluida non-Newtonian diaduk, akan tersisa suatu "lubang". Lubang ini akan terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material-material seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non-Newtonian diaduk adalah penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak "lebih tipis" (dapat dilihat pada cat). Ada banyak tipe fluida non-Newtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang berubah pada keadaan tertentu.

Persamaan pada fluida Newtonian

Konstanta yang menghubungkan tegangan geser dan gradien kecepatan secara linier dikenal dengan istilah viskositas. Persamaan yang menggambarkan perlakuan fluida Newtonian adalah:

$\tau=\mu\frac{dv}{dx}$

di mana

τ

adalah tegangan geser yang dihasilkan oleh fluida

μ

adalah viskositas fluida-sebuah konstanta proporsionalitas

$\frac{dv}{dx}$ adalah gradien kecepatan yang tegak lurus dengan arah geseran

Viskositas pada fluida Newtonian secara definisi hanya bergantung pada temperatur dan tekanan dan tidak bergantung pada gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Jika fluida bersifat inkompresibel dan viskositas bernilai tetap di seluruh bagian fluida, persamaan yang menggambarkan tegangan geser (dalam koordinat kartesian) adalah

$\tau_{ij}=\mu\left(\frac{\partial v_i}{\partial x_j}+\frac{\partial v_j}{\partial x_i} \right)$

di mana

τ i j

adalah tegangan geser pada bidang

i t h

dengan arah

j t h

v i

adalah kecepatan pada arah

i t h

x j

adalah koordinat berarah

j t h

Jika suatu fluida tidak memenuhi hubungan ini, fluida ini disebut fluida non-Newtonian.

MIKROMETER SKRUP

Mikrometer

Mikrometer adalah alat ukur yang dapat melihat dan mengukur benda dengan satuan ukur yang memiliki ketelitian 0.01 mm

Satu mikrometer adalah secara luas digunakan alat di dalam teknik mesin electro untuk mengukur ketebalan secara tepat dari blok-blok, luar dan garis tengah dari kerendahan dan batang-batang slot. Mikrometer ini banyak dipakai dalam metrology, studi dari pengukuran,

Pada bab ini akan membahas tentang : 1 Jenis 2 Membaca satu mikrometer sistem inci 3 Membaca satu mikrometer metrik 4 Membaca satu mikrometer vernier 5. Acuan

Mikrometer memiliki 3 jenis umum pengelompokan yang didasarkan pada aplikasi berikut :

Mikrometer Luar Mikrometer luar digunakan untuk ukuran memasang kawat, lapisan-lapisan, blok-blok dan batang-batang.

Mikrometer dalam Mikrometer dalam digunakan untuk menguukur garis tengah dari lubang suatu benda

Mikrometer kedalaman Mikrometer kedalaman digunakan untuk mengukur kerendahan dari langkah-langkah dan slot-slot.

Satu mikrometer ditetapkan dengan menggunakan satu mekanisme sekrup titik nada.

Satu fitur yang menarik tambahan dari mikrometer-mikrometer adalah pemasukan satu tangkai menjadi bengkok yang terisi. Secara normal, orang bisa menggunakan keuntungan mekanis sekrup untuk menekan material, memberi satu pengukuran yang tidak akurat. Dengan cara memasang satu tangkai yang roda bergigi searah keinginan pada satu tenaga putaran tertentu.

Jangka sorong

Jangka sorong digital dengan ketelitian 0.01 mm

Jangka sorong manual

Cara menggunakan jangka sorong

Jangka sorong adalah alat ukur yang ketelitiannya dapat mencapai seperseratus milimeter. Terdiri dari dua bagian, bagian diam dan bagian bergerak. Pembacaan hasil pengukuran sangat bergantung pada keahlian dan ketelitian pengguna maupun alat. Sebagian keluaran terbaru sudah dilengkapi dengan display digital. Pada versi analog, umumnya tingkat ketelitian adalah 0.05mm untuk jangka sorang dibawah 30cm dan 0.01 untuk yang diatas 30cm.

Kegunaan

Kegunaan jangka sorong adalah:

untuk mengukur suatu benda dari sisi luar dengan cara diapit;
untuk mengukur sisi dalam suatu benda yang biasanya berupa lubang (pada pipa, maupun lainnya) dengan cara diulur;
untuk mengukur kedalamanan celah/lubang pada suatu benda dengan cara "menancapkan/menusukkan" bagian pengukur. Bagian pengukur tidak terlihat pada gambar karena berada di sisi pemegang.

Petir

Petir di atas kota Piracibaba, Brazil

Petir atau halilintar adalah gejala alam yang biasanya muncul pada musim hujan di mana di langit muncul kilatan cahaya sesaat yang menyilaukan biasanya disebut kilat yang beberapa saat kemudian disusul dengan suara menggelegar sering disebut Guruh. Perbedaan waktu kemunculan ini disebabkan adanya perbedaan antara kecepatan suara dan kecepatan cahaya.

Petir merupakan gejala alam yang bisa kita analogikan dengan sebuah kapasitor raksasa, dimana lempeng pertama adalah awan (bisa lempeng negatif atau lempeng positif) dan lempeng kedua adalah bumi (dianggap netral). Seperti yang sudah diketahui kapasitor adalah sebuah komponen pasif pada rangkaian listrik yang bisa menyimpan energi sesaat (energy storage). Petir juga dapat terjadi dari awan ke awan (intercloud), dimana salah satu awan bermuatan negatif dan awan lainnya bermuatan positif.

Petir terjadi karena ada perbedaan potensial antara awan dan bumi atau dengan awan lainnya. Proses terjadinya muatan pada awan karena dia bergerak terus menerus secara teratur, dan selama pergerakannya dia akan berinteraksi dengan awan lainnya sehingga muatan negatif akan berkumpul pada salah satu sisi (atas atau bawah), sedangkan muatan positif berkumpul pada sisi sebaliknya. Jika perbedaan potensial antara awan dan bumi cukup besar, maka akan terjadi pembuangan muatan negatif (elektron) dari awan ke bumi atau sebaliknya untuk mencapai kesetimbangan. Pada proses pembuangan muatan ini, media yang dilalui elektron adalah udara. Pada saat elektron mampu menembus ambang batas isolasi udara inilah terjadi ledakan suara. Petir lebih sering terjadi pada musim hujan, karena pada keadaan tersebut udara mengandung kadar air yang lebih tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus lebih mudah mengalir. Karena ada awan bermuatan negatif dan awan bermuatan positif, maka petir juga bisa terjadi antar awan yang berbeda muatan.

Riset awal

Pada awal penyelidikan listrik melalui tabung Leyden dan peralatan lainnya, sejumlah orang (Dr. Wall, Gray, Abbé Nollet) mengusulkan 'spark' skala kecil memiliki beberapa kemiripan dengan petir.

Benjamin Franklin, yang juga menemukan penangkal petir, berusaha mengetes teori ini dengan menggunakan sebuah tiang yang didirikan di Philadelphia. Selagi dia menunggu penyelesaian tiang tesebut, beberapa orang lainnya (Dalibard dan De Lors) melakukan di Marly di Perancis apa yang kemudian dikenal sebagai eksperimen Philadelphia yang Franklin usulkan di bukunya.

Franklin biasanya mendapatkan kredit untuk menjadi yang pertama mengusulkan eksperimen ini, karena dia tertarik dalam cuaca. (Dia mencipatakan ilmu meteorologi.)

Riset modern

Meskipun eksperimen dari masa Franklin menunjukkan bahwa petir adalah sebuah discharge dari listrik statik, hanya ada sedikit peningkatan dalam teori ini selama lebih dari 150 tahun. Pendorong untuk riset baru berasal dari bidang teknik tenaga: jalur transmisi tenaga digunakan dan teknisi ingin mengetahui lebih banyak tentang petir. Meskipun sebabnya diperdebatkan (dan masih berlanjut sampai sekarang), riset menghasilkan banyak informasi baru tentang fenomena petir, terutama jumlah arus dan energi yang terdapat.

Perlindungan terhadap Sambaran Petir

Manusia selalu mencoba untuk menjinakkan keganasan alam, salah satunya adalah bahaya sambaran petir. Ada beberapa metode untuk melindungi diri dan lingkungan dari sambaran petir. Metode yang paling sederhana tapi sangat efektif adalah metode Sangkar Faraday. Yaitu dengan melindungi area yang hendak diamankan dengan melingkupinya memakai konduktor yang dihubungkan dengan pembumian.

petir sambar Pentagon City di Arlington County, Virginia

Wikimedia Commons memiliki kategori mengenai Peti

Hukum Keadaan Standar Dan Hukum Gas Ideal

Hukum Keadaan Standar

Untuk melakukan pengukuran terhadap volume gas, diperlukan suatu keadaan standar untuk digunakan sebagai titik acuan. Keadaan ini yang juga dikenal sebagai STP (Standart Temperature and Pressure) yaitu keadaan dimana gas mempunyai tekanan sebesar 1 atm (760 mmHg) dan suhu °C (273,15 K).

Satu mol gas ideal, yaitu gas yang memenuhi ketentuan semua hukum-hukum gas akan mempunyai volume sebanyak 22,414 liter pada keadaan standar ini.

Hukum Gas Ideal

Definisi mikroskopik gas ideal, antara lain:

Suatu gas yang terdiri dari partikel-partikel yang dinamakan molekul.
Molekul-molekul bergerak secara serampangan dan memenuhi hukum-hukum gerak Newton.
Jumlah seluruh molekul adalah besar
Volume molekul adalah pecahan kecil yang diabaikan dari volume yang ditempati oleh gas tersebut.
Tidak ada gaya yang cukup besar yang beraksi pada molekul tersebut kecuali selama tumbukan.
Tumbukannya elastik (sempurna) dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat.

gambaran-gas

Gambaran Gas Ideal

Apabila jumlah gas dinyatakan dalam mol (n), maka suatu bentuk persamaan umum mengenai sifat-sifat gas dapat diformasikan. Sebenarnya hukum Avogadro menyatakan bahwa 1 mol gas ideal mempunyai volume yang sama apabila suhu dan tekanannya sama. Dengan menggabungkan persamaan Boyle, Charles dan persamaan Avogadro akan didapat sebuah persamaan umum yang dikenal sebagai persamaan gas ideal.

rm1

atau PV = nRT

R adalah konstanta kesebandingan dan mempunyai suatu nilai tunggal yang berlaku untuk semua gas yang bersifat ideal. Persamaan di atas akan sangat berguna dalam perhitungan-perhitungan volume gas.

Nilai numerik dari konstanta gas dapat diperoleh dengan mengasumsikan gas berada pada keadaan STP, maka:

Dalam satuan SI, satuan tekanan harus dinyatakan dalam Nm^-2dan karena 1 atm ekivalen dengan 101,325 Nm^-2, maka dengan menggunakan persamaan diatas dapat diperoleh harga R dalam satuan SI, sebagai berikut:

rm3

TERMODINAMIKA

Termodinamika

Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.

Usaha Luar

Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V₁ menjadi volume akhir V₂ pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.

W = p∆V= p(V₂ – V₁)

Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai

pers01 Tekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p – V. jika perubahan tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik p – V, usaha yang dilakukan gas merupakan luas daerah di bawah grafik p – V. hal ini sesuai dengan operasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.

fig2004 Gas dikatakan melakukan usaha apabila volume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V₂ > V₁. sebaliknya, gas dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas mengecil atau V₂ < V₁ dan usaha gas bernilai negatif.

Energi Dalam

Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.

Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai

untuk gas monoatomik

untuk gas diatomik

Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol⁻¹ K⁻¹, dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).

Hukum I Termodinamika

Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.

Gambar

Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai

Q = W + ∆U

Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.

Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.

Proses Isotermik

Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W).

Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai

Dimana V₂ dan V₁ adalah volume akhir dan awal gas.

isothermal_process

Proses Isokhorik

Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan Q_V.

Q_V = ∆U

Proses Isobarik

Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Q_p. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku

Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan

Q_V =∆U

Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai

W = Q_p − Q_V

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Q_p) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (Q_V).

diag11

Proses Adiabatik

Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).

Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p₁ dan V₁ mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p₂ dan V₂, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai

Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).

341px-adiabaticsvg

Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.

Hukum gerak Newton

Hukum Newton pertama dan kedua, dalam bahasa Latin, dari edisi asli journal Principia Mathematica th 1687.

Hukum gerak Newton adalah hukum sains yang ditemukan oleh Isaac Newton mengenai sifat gerak benda. Hukum-hukum ini merupakan dasar dari mekanika klasik.

Newton pertama kali mengumumkan hukum ini dalam Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687) dan menggunakannya untuk membuktikan banyak hasil mengenai gerak objek. Dalam volume ke tiga karyanya, dia menunjukan bagaimana penggabungan Hukum gravitasi universal dan hukum gerak newton ini, dapat menjelaskan Hukum gerakan planet Kepler.

Pentingnya hukum gerak Newton

Alam dan Hukum alam tersembunyi dalam malam;

Tuhan berkata, Biar Newton jadi! Dan semua menjadi terang.

— Alexander Pope

Hukum gerak Newton, bersama dengan hukum gravitasi universal dan teknik matematika kalkulus, memberikan untuk pertama kalinya sebuah kesatuan penjelasan kuantitatif untuk fenomena fisika yang luas seperti: gerak berputar benda, gerak benda dalam cairan; projektil; gerak dalam bidang miring; gerak pendulum; pasang-surut; orbit bulan dan planet. Hukum konservasi momentum, yang Newton kembangkan dari hukum kedua dan ketiganya, adalah hukum konservasi pertama yang ditemukan.

Hukum Newton dipastikan dalam eksperimen dan observasi selama 200 tahun.

Hukum pertama Newton : Hukum Inersia

Hukum Newton ketiga, masing-masing pemain ski saling mendorong dengan gaya yang sama tetapi berkebalikan arah

Hukum ini juga disebut hukum inersia atau prinsip Galileo

''Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan terus diam. Sedangkan, benda yang mula-mula bergerak, akan terus bergerak dengan kecepatan tetap''

Hukum Newton I dapat diinterpretasikan sebagai berikut :

Sebuah benda, akan tetap berada dalam keadaan diam atau akan terus bergerak, kecuali jika dipaksa berubah dengan menerapkan gaya luar ke benda tersebut

Pernyataan tersebut dapat dinyatakan dengan $\Sigma\,\!F = 0$

Keterangan :

$\Sigma\,\!F$ adalah resultan vektor dari gaya

Sebuah benda akan tetap diam, atau bergerak dalam garis lurus dengan kecepatan tetap, kecuali diberi gaya luar.

Pernyataan tersbut, dalam notasi kalkulus, dapat dinyatakan dengan $\frac{d}{dt}\mathbf{v} = \mathbf{0}$

Keterangan :

$\frac{d}{dt}\mathbf{v}$ adalah diferensial kecapatan terhadap waktu

Hukum Newton I menjelaskan kerangka acuan di mana hukum II dan hukum III Newton dapat dibuktikan benar. Kerangka acuan ini disebut kerangka acuan inersial atau kerangka acuan Galilean.

Perkembangan hukum I Newton

Perkembangan hukum ini dapat ditelusuri hingga Aristoteles. Aristoteles membagi gerak menjadi dua, yaitu gerak alami dan gerak paksa, dalam hal gerak alami, menurutnya setiap benda akan mencari keadaan alaminya (eg. benda berat jatuh kebawah, benda ringan terbang keatas) dan menyatakan bahwa gerak melingkar adalah gerak alami yang tidak disebabkan oleh gaya. Dalam hal gerak paksa, Aristoteles berpendapat bahwa gerak paksa disebabkan oleh gaya luar yang bekerja pada suatu benda dan jika pada suatu benda tidak bekerja gaya luar, maka benda tersebut akan kembali ke keadaan alaminya yaitu diam.

Setelah Aristoteles, Galileo melakukan percobaan sendiri mengenai gerak dengan menggunakan bola dan menyimpulkan bahwa bola yang bergerak akan diperlambat kelajuannya sampai berhenti oleh gaya gesek. Pengamatan dan kesimpulan Galileo kemudian dipelajari dan dikembangkan oleh Newton untuk menyusun hukum pertamanya.