Fadhilat & Khasiat Asma-ul Husna ALLAHU Ertinya Yang mengeluarkan sekelian makhluk dari tiada menjadi ada. KHASIATNYA: Barangsiapa yang menbacanya
Fadhilat & Khasiat Asma-ul Husna
ALLAHU Ertinya Yang mengeluarkan sekelian makhluk dari tiada menjadi ada.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang menbacanya 5000 kali tiap-tiap hari, Insyaallah akan dimurahkan rezekinya, dan jika dibaca 66 kali sampai 66 hari setelah sembahyang fardhu, maka akan menjadi sebutan orang besar dan mendapat kebaikan yang banyak.
AR RAHMAANU Ertinya Kasihsayang kepada hambaNya didunia.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang mebacanya tiap-tiap selesai sembahyang fardu sebanyak 100 kali, Insyaallah ia akan terjaga dari sifat lupa dan lalai.
AR RAHIIMU Ertinya Yang Kasihsayang kepada orang-orang mukmin pada hari Akhir
KHASIATNYA: Barangsiapa yang membacanya tiap-tiap hari sebanyak 100 kali, Insyaallah hatinya akan selalu mempunyai sifat kasih sayang akan sesama makhluk Allah s.w.t.
AL MALIKU Ertinya Yang Mempunyai Kerajaan
KHASIATNYA: Barangsiapa yang membacanya tiap-tiap hari sebanyak 121 kali kemudian daripada fajar atau tergelincirnya, Insyaallah akan dikayakan dengan sebab atau dengan pintu yang dibukakan Allah s.w.t. baginya.
AL QUDDUUSU Ertinya Yang Maha Suci
KHASIATNYA: Barangsiapa yang berzikir dengan khalimat ini pada tiap-tiap hari ketika tergelincir matahari sebanyak 100 kali, Insyaallah akan menjadi bersih hatinya, dan barangsiapa yang berzikir 1000 kali, Insyaallah akan diselamatkan daripada bala.
AS SALAAMU Ertinya Sejahtera daripada kekurangan
KHASIATNYA: Apabila dibacakan kepada orang yang sakit kepala sebanyak 121 kali atau 136 kali dengan suara yang sekiranya dapat didengar oleh orang yang sakit dan dengan mengangkat kedua belah tangan, Insyaallah akan disembuhkan dengan khalimatNya selama tidak datang ajalnya atau dikurangkan daripada sakitmya.
AL MU'MINU Ertinya Yang Mengimamkan hambaNya
KHASIATNYA: Apabila dibacakan akan khalimat ini sebanyak 136 kali oleh orang yang merasa ketakutan akan sesuatu, maka ia akan merasa aman dari apa yang ditakutkannya, dan apabila dibaca oleh orang yang beriman, maka ia akan bertambah imannya.
AL MUHAIMINU Ertinya Yang Sangat Menyintai dan Memelihara.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang membacanya 100 kali setelah sembahyang sunat dua rakaat (terutama diwaktu tengah malam), Insyaallah akan dibersihkan zahir dan batinnya dan tetap bercahaya hatinya, dan barang siapa yang membacanya sebanyak 145 kali setelah sembahyang Isyak, Insyaallah akan kuat khafazhnya.
AL'AZIIZ Ertinya Yang Menyalahkan.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang berzikir sebanyak 40 kali tiap-tiap hari selama 40 hari dan yang lebih baik dibaca setelah sembahyang Subuh, Insyaallah akan dikayakan dan dimuliakan oleh Allah s.w.t. dan tidak dihajatkan dia kepada seseorang dari makhlukNya.
AL- JABBAARU Ertinya Yang Sangat Gagah.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang berzikir tiap-tiap hari sebanyak 206 kali atau 226 kali pada pagi dan petang, Insyaallah tidak akan boleh orang yang zalim dan Allah s.w.t. akan membalas bagi orang zalim itu siksa baginya.
AL MUTAKABBIRU Ertinya Yang Maha Besar.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang berzikir tiap-tiap hari sebanyak 662 kali, Insyaallah orang yang takabur itu akan tunduk kepadanya.
AL KHAALIQU Ertinya Yang Menciptakan MakhlukNya.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang berzikir waktu tengah malam sebanyak 731 kali, Insyaallah akan diterangkan hatinya dan dirinya, dan barangsiapa yang kehilangan hartanya atau lama ditunggalkan orang yang dikasihinya, maka bacalah sebanyak 5000 kali, Insyaallah ia akan datang dengan perintah Allah s.w.t..
AL BAARI-U Ertinya Yang Menerbitkan Makhluk.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang berzikir pada siang hari sebanyak 100 kali, Insyaallah ia akan selemat dari kebinasaan dan tidak akan merasa takut ia didalam kubur, dan barangsiapa yang apabila dibacanya pada malam hari selama 7 malam berturut-turut dan pada tiap-tiap malam dibaca 100 kali, Insyaallah akan disembuhkan segala penyakit dalam tangannya.
AL MUSHAWWIRU Ertinya Yang Merupakan Makhluk.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang berzikir sebanyak 336 kali atau lebih, maka Insyaallah akan menjadi baik segala perbuatannya atau apa yang dikerjakannya.
AL GHAFFAARU Ertinya Sangat Mengampuni.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang berzikir 100 kali sambil mengiringi sembahyang Jumaat, Insyaallah zahir baginya akan mendapat keampunan.
AL QAHHAARU Ertinya Yang Sangat Keras.
KHASIATNYA: Apabila dibaca tiap-tiap hari dan malam sebanyak 306 kali atau lebih, Insyaallah keluar dari hatinya cinta dunia dan kebesaran barang lain daripada Allah s.w.t. dan zahir baginya pertolongan Allah s.w.t. atas musuhnya, dan barangsiapa yang adanya hajat lalu berzikir 100 kali kemudian mengangkat kedua tangannya dan membuka akan kepalanya, Insyaallah ditunaikan hajatnya.
AL WAHHAABU Ertinya Yang Sangat Memberi.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang kekal mewiridkannya tiap-tiap hari atau tiap-tiap selesai sembahyang fardhu yang lima waktu sebanyak 300 kali atau lebih, Insyaallah akan dikabul dan hebat baginya kekayaan dan kebesarannya, dan barangsiapa mengekalkan membacanya pada akhir sujud sembahyang dhuha sebanyak 40 kali, Insyaallah dimudahkan baginya kekayaan yang mudah dan hebat.
AR RAZZAQU Ertinya Yang Sangat Memberi Rezeki.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang mengekalkan membaca tiap-tiap hari 308 kali, Insyaallah ditunaikan hajatnya kepada raja dan pemerintah dan jika mengkehendaki akan dimarahinya itu, maka berhentilah berbetulan orang yang dituntut, dan apabila berzikir 17 kali, Insyaallah ditunaikan hajatnya dan barangsiapa yang berzikir sebanyak 20 hari berturut-turut dan tiap-tiap hari 20 kali pada pagi sebelum makan dan minum, Insyaallah akan diberikan padanya faham yang dalam dan sempurna.
AL FATTAHU Ertinya Yang Membuka Khazanah Rahmat.
KHASIATNYA: Apabila dibaca tiap-tiap selesai sembahyang Subuh sebanyak 71 kali dengan tangannya dihantarkan keatas dada, Insyaallah hatinya akan bersih dan bercahaya, dimudahkan segala pekerjaan dan keluar cinta dunia dari hatinya.
AL'ALIIMU Ertinya Mengetahui.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang berzikir tiap-tiap setelah selesai sembahyang lima waktu sebanyak 100 kali, Insyaallah akan mendapatkan ilmu ma'rifat dan kasyaf serta iman yang sempurna.
AL QAABIDHU Ertinya Yang Menggenggam, Menyempitkan Rezeki dan Menguranginya bagi seseorang yang disempitkan.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap hari sebanyak 100 kali, Insyaallah akan terhindar dari pengancamnya.
AL BAASITHU Ertinya Maha Melapangkan.
KHASIATNYA: Apabila dibaca selesai sembahyang dhuha 10 kali, Insyaallah akan diluaskan rezeki dan ilmunya.
AL KHAAFIDHU Ertinya Yang Menurunkan.
KHASIATNYA: Apabila diamalkan setiap hari dalam keadaan khusyuk dan bersih (berwuduk) sebanyak 500 kali pasti dijatuhkan martabat musuh atau lawan penentangnya serta dikabulkan hajatnya.
AR RAAFI'U Ertinya Maha Mengangkat.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap hari terutama pada malam hari sebanyak 70 kali, pasti hartanya akan dijaga dari pencuri, perompak, penipuan dan sebagainya.
AL MU'IZZU Ertinya Maha Menang dan memberi kepada yang dikehendakiNya.
KHASIATNYA: Untuk menumbuhkan kewibawaan orang banyak apabila dibaca setiap hari sebanyak 140 kali.
AL MUDZILLU Ertinya Yang Merendahkan atau Menghinakan.
KHASIATNYA: Apabila dibaca sebanyak 75 kali kemudian sembahyang dan didalam sujud sebutkan namanya yang ditakuti itu, Insyaallah akan aman mereka daripadanya dan apabila dibaca 1000 kali pada tiap-tiap hari selama 7 hari, Insyaallah akan ditolakkan musuh daripadanya.
AS SAMII'U Ertinya Maha Mendengar.
KHASIATNYA: Apabila dibaca 500 kali , setelah selesai sembahyang dhuha pada hari Khamis, maka doanya akan ditunaikan oleh Allah s.w.t. dan akan disembuhkan pendengarannya daripada penyakit tuli atau pendengarannya akan menjadi baik.
AL BASHIIRU Ertinya Maha Melihat.
KHASIATNYA: Apabila dibaca sebelum sembahyang Jumaat dimulai sebanyak 100 kali pasti fikirannya akan bertambah cerdas dan hatinya akan terbuka.
AL HAKAMU Ertinya Yang Menetapkan Hukum-hukum MakhlukNya.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap malam sunyi serta suci dari hadas dan najis sebanyak 68 kali, Insyaallah akan dijadikan hatinya tempat rahsia dan hikmah ilmu agama.
AL'ADLU Ertinya Yang Maha Adil.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setelah selesai sembahyang lima waktu 104 kali pasti ia akan menjadi pemutus hukum yang adil dan akan merasa tertarik hati orang lain kepadanya.
AL LATHIIFU Ertinya Yang Maha Halus.
KHASIATNYA: Apabila dibaca sebanyak 129 kali atau 130 kali, Insyaallah usahanya atau perniagaannya akan maju dan akan merasa kejayaan dalam pekerjaannya.
AL KHABIIRU Ertinya Yang Maha Mengetahui atau Waspada.
KHASIATNYA: Apabila dibaca selama 7 hari dan tiap-tiap hari sebanyak 812 kali, Insyaallah akan datang kepadanya rahmat dengan segala khabar yang dikehendaki.
AL HALIIMU Ertinya Maha Penyayang dan Penyabar.
KHASIATNYA: Apabila dibaca sesudah sembahyang 5 waktu sebanyak 88 kali pasti ia akan dipelihara dari pangkatnya, jabatan atau kedudukannya.
AL'AZHIIMU Ertinya Maha Agung.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap hari sebanyak 12 kali maka Insyaallah penyakit akan segera sembuh dan akan terhindar dari kejahatan.
AL GHAFUURU Ertinya Maha Pengampun.
KHASIATNYA: Barangsiapa menuliskan atas orang yang sakit demam bacalah sebanyak 3 kali, Insyaallah akan segera sembuhlah ia.
ASY SYAKUURU Ertinya Yang Sangat Syukur.
KHASIATNYA: Apabila menuliskan sebanyak 40 kali oleh orang yang sesak nafas atau penat badan atau dhaif mata dan dihapuskannya dengan iri dan sapukan iri itu kepada badannya atau matanya dan diminumkan, Insyaallah akan mendapat berkat.
AL'ALIYYU Ertinya Yang Maha Tinggi Martabatnya.
KHASIATNYA: Apabila ditulis pada kertas dan direndamkan pada segelas air (tulisannya sebanyak 110 kali) kemudian airnya diminumkan kepada anak kecil, Insyaallah dia akan menjadi anak yang cerdas dan pandai.
AL KABIIRU Ertinya Yang Maha Besar.
KHASIATNYA: Apabila dibaca dalam masa 7 hari sesudah melakukan sembahyang hajat sebanyak 1000 kali setiap malam, Insyaallah akan dikembalikan lagi jabatannya, pekerjaannya selama bukan dipecat kerana kecurangan atau kerana makan hasil rasuah dan lain-lain.
AL HAFIIZHU Ertinya Yang Maha Memelihara.
KHASIATNYA: Untuk menjaga keselamatan diri dari binatang buas atau dari hantu malam, dibaca sebanyak 99 kali pasti akan diselamatkan dan terhindar daripada segala gangguan tersebut diatas.
AL MUQI ITU Ertinya Yang menjadikan makanan.
KHASIATNYA: Untuk melepaskan rasa haus dan lapar dibaca selama terkena penderitaan itu (bacalah sebanyak-banyaknya) Insyaallah akan sembuh.
AL HASIIBU Ertinya Yang Menghisab atau Menghitung.
KHASIATNYA: Untuk menguatkan jabatan atau pekerjaan yang dipegangnya apabila dibaca setiap selesai sembahyang Subuh atau sebelum terbit matahari dan petang (sesudah sembahyang Maghrib), Insyaallah akan dijaga kedudukannya/jabatannya atau pekerjaannya. Bacalah sebanyak 777 kali.
AL JALIILU Ertinya Yang Maha Agung dan Mulia.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap pagi (jam 2.30 pagi) sebanyak 73 kali pasti usahanya, pekerjaannya atau kedudukannya akan meningkat dengan sangat menghairankan.
AL KARIIMU Ertinya Mulia atau Yang Maha Pemurah.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang mewiridkan pada tiap-tiap kali hendak tidur sebanyak 270 kali atau lebih, maka Insyaallah akan mendapat kemurahan dan kemuliaan dunia akirat.
AR RAQIIBU Ertinya Yang Maha Mengamati/Mengintai
KHASIATNYA: Apabila dibaca sebanyak 50 kali pada setiap hari, Insyaallah segala harta dan barangnya akan aman dari kecurian dan lain-lain.
AL MAJIIBU Ertinya Yang Memperkenankan.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setelah selesai sembahyang Subuh setiap hari sebanyak 55 kali, Insyaallah semua hajatnya dikabulkan oleh Allah s.w.t.
AL WAASI'U Ertinya Maha Luas KepunyaanNya.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap pagi (waktu pagi, petang atau malam) sebanyak 128 kali pasti dilepaskan kesulitannya dan dipelihara dari orang yang hasad.
AL HAKIIMU Ertinya Yang Maha Bijaksana
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap pagi (waktu pagi, petang atau malam) sebanyak 300kali, insyaallah akan menjadi cerdas akal fikirannya sehingga dengan mudah akan menerima ilmu-ilmu apapun.
AL WADUUDU Ertinya Maha Mencintai orang-orang yang beriman
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap malam sebanyak 11,000 kali pasti akan dikabulkan segala hajatnya dan akan dicintai orang dan mententeramkan keluarga dalam rumahtangga.
AL MAJIIDU Ertinya Yang Maha Mulia dan Maha Luhur.
KHASIATNYA: Apabila dibaca sebanyak 99 kali, Insyaallah semuanya akan terasa aman dan tenteram semua anggota keluarganya.
AL BAA'ITSU Ertinya Maha membangkitkan makhlukNya dihari kemudian.
KHASIATNYA: Apabila dibaca sebanyak 100 kali dengan tangan diletakkan didada, pasti Allah s.w.t.. akan memberinya lapang ilmu dan hikmah.
ASY SYAHIIDU Ertinya Maha Menyaksikan.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap malam sebanyak 319 kali pasti akan menyedarkan orang atau keluarga selalu menentangnya atau membangkang.
AL HAQQU Ertinya Maha Besar.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap hari, maka Insyaallah keimanannya akan semakin bertambah.
AL WAKIILU Ertinya Maha Melaksanakan Urusan MakhlukNya.
KHASIATNYA: Dapat menjaga ketakutan daripada marabahaya seperti bencana banjir, angin ribut, gempa bumi dan lain-lain. Maka banyak-banyaklah membaca khalimah ini dan juga apabila dibaca pada tiap-tiap hari atau malam sebanyak 66 kali atau lebih, Insyaallah akan dibukakan baginya pintu kebaikan dan rezekinya.
AL QAWIYYU Ertinya Yang Maha Kuat.
KHASIATNYA: Apabila dizalimi orang, maka bacalah sebanyak 1000 kali, Insyaallah akan dilepaskan ia daripadanya.
AL MATIINU Ertinya Maha Sempurna KekuatanNya.
KHASIATNYA: Untuk mengembalikan kekuatan terutama diwaktu dalam pertempuran, dibaca sebanyak-banyaknya (keduanya AL QAWIYYU dan AL QAWIYYU), Insyaallah kekuatan akan pulih seperti semula.
AL HAMIIDU Ertinya Yang Terpuji.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setelah selesai sembahyanh Maghrib dan Subuh sebanyak 62 kali, Insyaallah segala perkataan dan perbuatannya akan selalu terpuji.
AL MUHSHII Ertinya Yang Memperhitungkan setiap amal makhlukNya, dan Membalasnya.
KHASIATNYA: Apabila dibacakan 20 kali kepada roti atau makanan lainnya kemudian kepada orang yang dikehendakinya,Insyaallah ia akan tunduk.
AL MUBDI-U Ertinya Yang Menzahirkan MakhlukNya.
KHASIATNYA: Untuk menjayakan segala yang dirancangkan, dibaca setiap hari sebanyak 470 kali, Insyaallah apa yang direncanakan itu akan terwujud atau berhasil dengan baik.
AL MU'IIDU Ertinya Yang Mengembalikan.
KHASIATNYA: Untuk mengembalikan atau mencari sesuatu yang hilang, dibaca setiap sebelum sembahyang fardhu lima waktu sebanyak 124 kali, Insyaallah dengan kehendak dan izin Allah s.w.t. akan kembali lagi.
AL MUHYI Ertinya Yang Menghidupkan.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap hari sebanyak 58 kali, pasti akan memperolehi kemuliaan dan mengingkat darjatnya berkat nama yang dibaca.
AL MUMIITU Ertinya Yang Mematikan.
KHASIATNYA: Apabila dibaca sebanyak 490 kali atau lebih, maka Insyaallah akan dapat menundukkan nafsu dan akan berbuat taat.
AL HAYYU Ertinya Yang Hidup.
KHASIATNYA: Apabila dibaca sebanyak 300,000 kali, Insyaallah akan terhindar dari penyakit.
AL QAYYUUM Ertinya Yang Berdiri Sendiri.
KHASIATNYA: Apabila dibaca keduanya (Ya Hayyu Ya Qayyuum) setiap hari diwaktu malam yang sunyi sebanyak 1000 kali, Insyaallah akan dikabulkan hajatnya dan akan menjadi hartawan dan dermawan serta disenangi kawan dan disegani lawan juga besar kewibawaannya.
AL WAAJIDU Ertinya Zat yang menemukan apa yang Dia kehendaki.
KHASIATNYA: Untuk menumbuhkan kepercayaan pada diri sendiri.
AL MAAJIDU Ertinya Maha Agung dan Mulia.
KHASIATNYA: Apabila dibaca sebanyak 400 kali tiap-tiap pagi dan petang maka akan terang hatinya.
AL WAAHIDU Ertinya Mendapat apa yang dikehendakiNya.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap ba'da sembahyang lima waktu sebanyak 190 kali dalam masa satu bulan dan berpuasa pada hari Isnin dan Khamis, Insyaallah segala hajatnya akan dikabulkan dan akan diberi keturunan.
ASH SHAMADU Ertinya Tempat bergantung bagi semua makhlukNya.
KHASIATNYA: Untuk memohon apa saja yang dihajatkan. Dibacakan sebanyak 313 kali dalam waktu tiga hari (disertai puasa selama tiga hari juga),Insyaallah akan dikabulkan segala macam hajatnya.
AL QAADIRU Ertinya Maha Kuasa atas segala sesuatu.
KHASIATNYA: Apabila dibaca sebanyak 200 kali setelah melaksanakan sembahyang sunat dua rakaat ketika dalam keadaan dha'ir, Insyaallah akan mendapat kekuatan.
AL MUQTADIRU Ertinya Yang Sangat Kuasa.
KHASIATNYA: Apabila dibaca 100 kali setelah bangun tidur, Insyaallah ia akan mendapat hidayah dan petunjuk dari Allah s.w.t.
AL MUQADDIMU Ertinya Zat yang mendahulukan.
KHASIATNYA: Untuk menyegarakan apa yang diinginkan, dibaca setiap hari sebanyak 184 kali pasti dengan cepat tercapai apa yang diinginkannya dan barangsiapa yang mewiridkan / membacakan ketika masuk kemedan perang, Insyaallah tidak akan mendapat kemudhratan.
AL MUAKHHIRU Ertinya Zat yang mengakhirkan.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang membacanya tiap-tiap hari sebanyak 300 kali atau lebih, Insyaallah akan dibukakan pintu taufiq dan taubat baginya.
AL AWWALU Ertinya Yang terdahulu dengan tiada permulaan.
KHASIATNYA: Untuk mendatangkan hajat, dibaca setiap hari sebanyak 37 kali, Insyaallah akan dikabulkan hajatnya.
AL AKHIIRU Ertinya Yang kemudian dan tiada berkesudahan.
KHASIATNYA: Apabila dibaca setiap selesai sembahyang Isyak sebanyak 1000 kali, Insyaallah hatinya akan bersih dan bertambah kebaikan diakhir umurnya.
AZH ZHAHIIRU Ertinya Maha Nyata.
KHASIATNYA: Agar terbukanya segala ilmu, dibaca setiap ba'da sembahyang fardu sebanyak 1106 kali dalam masa satu bulan, pasti akan mendapat ilmu-ilmu yang jarang dimiliki oleh orang biasa.
AL BAATHINU Ertinya Zat yang Maha Ghaib.
KHASIATNYA: Untuk ilmu yang jarang dimiliki oleh manusia baisa, dibaca setiap ba'da sembahyang fardu lima waktu sebanyak 30 kali, pasti akan dikabulkan ilmu-ilmu yamg jarang dimiliki oleh manusia.
AL WAALIYY Ertinya Maha menguasai dan mengurus semua urusan makhlukNya.
KHASIATNYA: Agar terbuka hatinya, dibaca setiap pagi dan petang sebanyak-banyaknya, pasti hatinya akan terbuka atau futuh.
AL MUTA'AALII Ertinya Yang Maha Tinggi.
KHASIATNYA: Apabila dibaca tiap-tiap hari siang atau malam sebanyak 541 kali, Insyaallah ia akan mendapat hasil yang baik dan mendapat darjat yang lebih tinggi.
ALBARRU Ertinya Yang Maha Berbuat Baik.
KHASIATNYA: Untuk memudahkan apa saja yang diinginkannya, dengan dibaca sebanyak-banyaknya.
AT TAWWAABU Ertinya Maha Menerima Taubat.
KHASIATNYA: Untuk mengembalikan kejalan yang lurus, dibaca setiap saat, Insyaallah akan berhasil segala apa yang diinginkan.
AL MUNTAQIMU Ertinya Zat yang berhak membalas setiap perbuatan dosa dengan azabNya.
KHASIATNYA: Untuk menolak perbuatan aniaya dari orang zalim, dibacanya sesuadah sembahyang fardu lima waktu sebanyak-banyaknya.
AL 'AFUWWU Ertinya Yang memberi maaf.
KHASIATNYA: Baca sebanyak-banyaknya setiap saat supaya disenangi manusia yang kenal padanya.
AL MAALIKUL MULKI Ertinya Zat yang mempunyai kekuasaan.
KHASIATNYA: Untuk mengawetkan pekerjaan atau mempertahankan jabatan atau kedudukannya, dibaca setelah selesai sembahyang fardu lima waktu ditengah malam sebanyak 212 kali, Insyaallah akan dijaga dari penjahat yang hasad padanya dalam hal pekerjaan, jabatan atau kedudukan.
DZUL JALAALI wal IKRAAMI Ertinya Zat yang mempunyai Ketinggian Kemuliaan yang Sempurna.
KHASIATNYA: Untuk mendatangkan hajat, dibaca setiap hari sebanyak 65 kali dalam masa satu bulan, Insyaallah akan dipenuhi segala hajatnya.
AL MUQSITHU Ertinya Yang sangat Adil.
KHASIATNYA: Apabila dibaca 209 kali atau lebih, Insyaallah akan terpelihara dari was-was syaitan laknatullah dalam ibadah.
AL JAAMI'U Ertinya Yang Mengumpulkan.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang membacanya tiap-tiap hari sebanyak 300 kali, Insyaallah akan dikumpulkan segala maksudnya.
AL GHANIYYU Ertinya Yang Maha Kaya.
KHASIATNYA: Apabila dibacakan pada orang yang sakit atau mendapat bala dirinya dan orang lain sebanyak 1060 kali, Insyaallah akan segera sembuh dari pemyakitnya.
AL MUGHNII Ertinya Zat yang memberi kekayaan.
KHASIATNYA: Apabila dibaca pada tiap-tiap hari sebanyak 1000 kali, Insyaallah akan memjadi kaya berkat kurniaan Allah s.w.t.
AL MAANI ' U Ertinya Yang menolak bahaya dan lain-lain.
KHASIATNYA: Untuk menolak perlakuan orang jahat dan orang zalim. dibacakan setiap ba'da sembahyang sunat Subuh (sebelum fardu Subuh) sebanyak 161 kali, Insyaallah akan selamat dari perbuatan mereka itu.
ADH DHAARU Ertinya Yang menyampaikan mudharat.
KHASIATNYA: Untuk menyembuhkan penyakit (yang bertahun-tahun tidak dapat disembuhkan) asma ini dibaca setiap hari sebamyak 1001 kali, Insyaallah dengan izin dan kehendak Allah s.w.t. penyakit tersebut akan segera sembuh.
AN NAAFI ' U Ertinya Yang memberi manfaat.
KHASIATNYA: Untuk menyembuhkan penyaklit dan menghilangkan kesusahan, asma ini dibaca setiap hari, Insyaallah akan berhasil. Juga barangsiapa yang berzikir dengan hati ketika jimak dengan isterinya, Insyaallah isterinya itu akan menaruh belas kasihan yang sangat dalam dan akan diberi anak yang soleh.
AN NUURU Ertinya Yang menerangi.
KHASIATNYA: Apabila dibaca pada tiap-tiap hari siang atau malam, Insyaallah akan diterangkan hatinya dan anggotanya.
AL BADII ' U Ertinya Yang menciptakan yang belum wujud sebelumnya.
KHASIATNYA: Untuk tercapai apa yang telah direncanakannya asma ini dibaca setiap ba'da sembahyang fardu sebanyak 500 kali, pasti akan berjaya apa yang direncanakan.
AL BAAQII Ertinya Maha Kekal.
KHASIATNYA: Untuk mengawtkan pekerjaan atas usahanya, baca asma ini setiap saat banyak-banyak, pasti pekerjaannya awet (kekal), jauh dari kerugian dan kejatuhan jumlah, Insyaallah.
AL WAARITSU Ertinya Yang kembali kepadaNya sekali makhluk.
KHASIATNYA: Asma ini untuk memajukan usaha apabila dibaca setiap malam sebanyak 707 kali, Insyaallah usaha akan maju.
AR RASYIIDU Ertinya Yang Memberi Petunjuk.
KHASIATNYA: Untuk menambah kecerdasan berfikir, asma ini dibaca setiap pagi dan petang.
AS SABUURU Ertinya Sangat Sabar.
KHASIATNYA: Barangsiapa yang berzikir sebanyak 100 kali pada tiap-tiap hari sebelum tebit matahari, Insyaallah ia tidak akan dapat bala pada hari itu, juga untuk membangun jiwa besar dan sabar dalam menghadapi segala urusan asma ini dibaca setiap saat terutama dalam menghadapi segala kesulitan masalah apa saja, pasti segala urusan akan berhasil dengan baik.
Rabu, 28 April 2010
SIFAT ELASTISITAS BAHAN
TUJUAN PEMBELAJARAN
Menentukan kaitan konsep gaya pegas sifat elastisitas bahan.
Mendeskripsikan tegangan dan regangan
Merumusakan persamaan matematis tegangan dan regangan
Menganalisis dan membuktikan hukum Hooke tentang elastisitas bahan
Merumuskan dan menentukan kekuatan bahan berdasarkan konsep modulus elastisitas
Kerapatan Dan Berat Jenis
Sebuah sifat penting dari zat adalah rasio massa terhadap volumenya yang dinamakan kerapatan. Kerapatan atau rapat massa secara matematis :
Kerapatan = massa/volume
Huruf Yunani ρ (rho) biasanya digunakan untuk menyatakan kerapatan
ρ = m/V
Karena gram semula didefinisikan sebagai massa satu centimeter kubik air, kerapatan air dalam satuan cgs adalah 1 g/cm3. Dengan mengubah ke satuan SI, kilogram per meter kubik, kita dapatkan untuk kerapatan air
ρ = (1 g)/〖cm〗^3 ×kg/〖10〗^3 ×((100 cm)/m)^3=〖10〗^3 kg/m3
Kerapatan air berubah dengan berubahnya temperatur. Persamaan menyatakan nilai maksimumnya, yang terjadi pada 4oC. Satuan yang biasa dijumpai untuk volume adalah liter (L):
1 L = 103 cm3 10-3 m3
Dalam satuan ini, kerapatan air adalah 1,00 kg/L.
Rasio kerapatan sebuah zat terhadap kerapatan air dinamakan berat jenis. Berat jenis adalah bilangan tidak berdimensi yang sama degnan besarnya kerapatan ini bila dinyatakn dalam gram per centimeter kubik. Berat jenis suatu zat dapat diperoleh dengan membagi kerapatannya dengan jenis suatu zat dapat diperoleh dengan membagi kerapatannya dengan 103 kg/m3.
Dalam sistem satuan di Amerika sehari-hari, istilah kerapatan berat (yang didefinisikan sebagai rasio beat sebuah benda terhadap volumenya) seringkali digunakan. Kerapatan berat adalah hasil kali kerapatan ρ dengan percepatan gravitasi g :
ρg= w/V=mg/V
Elastisitas
Ketika dirimu menarik karet mainan sampai batas tertentu, karet tersebut bertambah panjang. Silahkan dicoba kalau tidak percaya. Jika tarikanmu dilepaskan, maka karet akan kembali ke panjang semula. Demikian juga ketika dirimu merentangkan pegas, pegas tersebut akan bertambah panjang. tetapi ketika dilepaskan, panjang pegas akan kembali seperti semula. Apabila di laboratorium sekolah anda terdapat pegas, silahkan melakukan pembuktian ini. Regangkan pegas tersebut dan ketika dilepaskan maka panjang pegas akan kembali seperti semula. Mengapa demikian ? hal itu disebabkan karena bendabenda tersebut memiliki sifat elastis. Elastis atau elastisisitas adalah kemampuan sebuah benda untuk kembali ke bentuk awalnya ketika gaya luar yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan. Jika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda yang elastis, maka bentuk benda tersebut berubah. Untuk pegas dan karet, yang dimaksudkan dengan perubahan bentuk adalah pertambahan panjang.
Ambillah segumpaltanah liat basah, lalu letakkandi atas meja horizontal dan tekanlah dengan telapak tangan Anda agar gumpalan tanah liat tersebut berubah bentuk. Apakah gumpalan tanah liat kembali ke bentuk awalnya ketika Anda menarik telapak tangan Anda?
Beberapa benda, seperti tanah liat (lempung), adonan tepung kue, dan lilin mainan (plastisin) tidak kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar dihilangkan. Benda-benda seperti itu disebut benda tak elastis atau plastis. Dalam subbab ini kita akan mempelajari salah satu aspek elastisitas bahan, yaitu gaya pegas. Namun, sebelumnya kita bahas dahulu tentang pemahaman tegangan, regangan, dan modulus elastis.
Tegangan, regangan dan modulus elastis
Tegangan
Gaya per satuan Luas disebut juga sebagai tegangan. Secara matematis ditulis :
Tegangan = gaya/luas
σ = F/A
Satuan tegangan adalah N/m2 (Newton per meter kuadrat)
Tegangan adalah besaran skalar
Regangan
Perhatikan gambar diatas, gaya tarik yang dikerjakan pada batang berusaha meregangkan kawat hingga panjang kawat semula Lo bertambah panjang sebesar ∆L.
Regangan merupakan perbandingan antara perubahan panjang dengan panjang awal. Secara matematis ditulis :
Regangan = (pertambahan panjang)/(panjang awal) atau e = ∆L/L_o
Karena pertambahan panjang ∆ dan panjang dan panjang awal Lo adalah besaran yang sama, maka sesuai persamaan diatas, regangan e tidak memiliki satuan atau dimensi.
Grafik tegangan terhadap regangan
Kebanyakan benda adalah elastis sampai ke suatu besar gaya tertentu dinamakan batas elastis. Jika gaya yang dikerjakan pada benda lebih kecil daripada batas elastisnya, benda akan kembali ke bentuk semula jika gaya dihilangkan. Akan tetapi, jika gaya yang diberikan melampaui batas elastis, benda tidak kembali ke bentuk semula, melainkan secara permanen berubah bentuk.
Grafik diatas meunjukkan bagaimana variasi tegangan terhadap regangan ketika seutas kawat logam (baja) diberi gaya tarik sampai kawat itu patah.
Modulus Elastis
Modulus elastis E suatu bahan didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami bahan.
Modulus elastis = (tegangan )/regangan atau E = σ/e
Modulus elastis juga disebut modulus Young (diberi lambang Y) untuk menghargai Thomas Young.
satuan SI untuk tegangan σ adalah Nm-2 atau Pa, sedangkan reganagn e tidak memiliki satuan. Sesuai persamaan pada modulus elastis, maka :
satuan E = (satuan σ)/(satuan e)=Nm^(-2)atau Pa
Modulus elastis sejumlah bahan yang umum digunakan dalam keseharian dan teknologi ditunjukkan pada tabel berikut:
Jika kita substitusikan tegangan σ = F/A dan regangan e = ∆L/L_o ke dalam persamaan modulus elastis, kita peroleh hubungan antara gaya tarik F dengan modulus elastis E.
E = σ/e= (F/A)/(∆L/L)
F/A=E ∆L/L
Hukum Hooke Pada Pegas
Misalnya kita tinjau pegas yang dipasang horisontal, di mana pada ujung pegas tersebut dikaitkan sebuah benda bermassa m. Massa benda kita abaikan, demikian juga dengan gaya gesekan, sehingga benda meluncur pada permukaan horisontal tanpa hambatan. Terlebih dahulu kita tetapkan arah positif ke kanan dan arah negatif ke kiri. Setiap pegas memiliki panjang alami, jika pada pegas tersebut tidak diberikan gaya. Pada kedaan ini, benda yang dikaitkan pada ujung pegas berada dalam posisi setimbang (lihat gambar a). Untuk semakin memudahkan pemahaman dirimu,sebaiknya dilakukan juga percobaan.
Apabila benda ditarik ke kanan sejauh +x (pegas diregangkan), pegas akan memberikan gaya pemulih pada benda tersebut yang arahnya ke kiri sehingga benda kembali ke posisi setimbangnya (gambar b).
Sebaliknya, jika benda ditarik ke kiri sejauh ‐x, pegas juga memberikan gaya pemulih untuk mengembalikan benda tersebut ke kanan sehingga benda kembali ke posisi setimbang (gambar c).
Besar gaya pemulih F ternyata berbanding lurus dengan simpangan x dari pegas yang direntangkan atau ditekan dari posisi setimbang (posisi setimbang ketika x = 0). Secara matematis ditulis :
F = ‐kx
Persamaan ini sering dikenal sebagai persamaan pegas dan merupakan hukum hooke. Hukum inidicetuskan oleh paman Robert Hooke (1635‐1703). k adalah konstanta dan x adalah simpangan. Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya pemulih alias F mempunyai arah berlawanan dengan simpangan x. Ketika kita menarik pegas ke kanan maka x bernilai positif, tetapi arah F ke kiri (berlawanan arah dengan simpangan x). Sebaliknya jika pegas ditekan, x berarah ke kiri (negatif), sedangkan gaya F bekerja ke kanan. Jadi gaya F selalu bekeja berlawanan arah dengan arah simpangan x. k adalah konstanta pegas. Konstanta pegas berkaitan dengan elastisitas sebuah pegas. Semakin besar konstanta pegas (semakin kaku sebuah pegas), semakin besar gaya yang diperlukan untuk menekan atau meregangkan pegas. Sebaliknya semakin elastis sebuah pegas (semakin kecil konstanta pegas), semakin kecil gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas. Untuk meregangkan pegas sejauh x, kita akan memberikan gaya luar pada pegas, yang besarnya sama dengan F = +kx. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa x sebanding dengan gaya yang diberikan pada benda.
Hukum Hooke untuk benda non Pegas
Hukum hooke ternyata berlaku juga untuk semua benda padat, dari besi sampai tulang tetapi hanya sampai pada batas‐batas tertentu. Mari kita tinjau sebuah batang logam yang digantung vertikal, seperti yang tampak pada gambar di bawah.
Pada benda bekerja gaya berat (berat = gaya gravitasi yang bekerja pada benda), yang besarnya = mg dan arahnya menuju ke bawah (tegak lurus permukaan bumi). Akibat adanya gaya berat, batang logam tersebut bertambah panjang sejauh (delta L). Jika besar pertambahan panjang (delta L) lebih kecil dibandingkan dengan panjang batang logam, hasil eksperimen membuktikan bahwa pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan gaya berat yang bekerja pada benda. Perbandingan ini dinyatakan dengan persamaan :
F = kΔL
Persamaan ini kadang disebut sebagai hukum Hooke. Kita juga bisa menggantikan gaya berat dengan gaya tarik, seandainya pada ujung batang logam tersebut tidak digantungkan beban. Besarnya gaya yang diberikan pada benda memiliki batas‐batas tertentu. Jika gaya sangat besar maka regangan benda sangat besar sehingga akhirnya benda patah. Hubungan antara gaya dan pertambahan panjang (atau simpangan pada pegas) dinyatakan melalui grafik di bawah ini.
Jika sebuah benda diberikan gaya maka hukum Hooke hanya berlaku sepanjang daerah elastis sampai pada titik yang menunjukkan batas hukum hooke. Jika benda diberikan gaya hingga melewati batas hukum hooke dan mencapai batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali seperti semula jika gaya yang diberikan tidak melewati batas elastisitas. tapi hukum Hooke tidak berlaku pada daerah antara batas hukum hooke dan batas elastisitas. Jika benda diberikan gaya yang sangat besar hingga melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan memasuki daerah plastis dan ketika gaya dihilangkan, panjang benda tidak akan kembali seperti semula; benda tersebut akan berubah bentuk secara tetap. Jika pertambahan panjang benda mencapai titik patah, maka benda tersebut akan patah. Berdasarkan persamaan hukum Hooke di atas, pertambahan panjang (delta L) suatu benda bergantung pada besarnya gaya yang diberikan (F) dan materi penyusun dan dimensi benda (dinyatakan dalam konstanta k). Benda yang dibentuk oleh materi yang berbeda akan memiliki pertambahan panjang yang berbeda walaupun diberikan gaya yang sama, misalnya tulang dan besi. Demikian juga, walaupun sebuah benda terbuat dari materi yang sama (besi, misalnya), tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda maka benda tersebut akan mengalami pertambahan panjang yang berbeda sekalipun diberikan gaya yang sama. Jika kita membandingkan batang yang terbuat dari materi yang sama tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda, ketika diberikan gaya yang sama, besar pertambahan panjang sebanding dengan panjang benda mula‐mula dan berbanding terbalik dengan luas penampang. Makin panjang suatu benda, makin besar besar pertambahan panjangnya, sebaliknya semakin tebal benda, semakin kecil pertambahan panjangnya. Jika hubungan ini kita rumuskan secara matematis, maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut :
F = kΔL
ΔL = F/k
Persamaan ini menyatakan hubungan antara pertambahan panjang (delta L) dengan gaya (F) dan konstanta (k). Materi penyusun dan dimensi benda dinyatakan dalam konstanta k. Untuk materi penyusun yang sama, besar pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan panjang benda mula‐mula (Lo) dan berbanding terbalik dengan luas penampang (A).
Penerapan Elastisitas Dalam Kehidupan Sehari‐Hari
Pada awal penjelasan mengenai hukum Hooke, gurumuda telah berjanji akan membahas mengenai aplikasi elastisitas dalam kehidupan sehari‐hari. Nah, berikut ini beberapa penerapan elastisitas dalam kehidupan kita.
Kita mulai dari teknologi yang sering kita gunakan, yaitu sepeda motor atau mobil. Gambar diatas ini adalah pegas yang digunakan sebagai peredam kejutan pada kendaraan sepeda motor. Istilah kerennya pegas digunakan pada sistem suspensi kendaraan bermotor. Tujuan adanya pegas ini adalah untuk meredam kejutan ketika sepeda motor yang dikendarai melewati permukaan jalan yang tidak rata. Ketika sepeda motor melewati jalan berlubang, gaya berat yang bekerja pada pengendara (dan gaya berat motor) akan menekan pegas sehingga pegas mengalami mampatan. Akibat sifat elastisitas yang dimilikinya, pegas meregang kembali setelah termapatkan. Perubahan panjang pegas ini menyebabkan pengendara merasakan ayunan. Dalam kondisi ini, pengendara merasa sangat nyaman ketika sedang mengendarai sepeda motor. Pegas yang digunakan pada sepeda motor atau kendaraan
lainnya telah dirancang untuk mampu menahan gaya berat sampai batas tertentu. Jika gaya berat yang menekan pegas melewati batas elastisitasnya, maka lama kelamaan sifat elastisitas pegas akan hilang. Oleh karena itu saran dari gurumuda, agar pegas sepeda motor‐mu awet muda, maka sebaiknya jangan ditumpangi lebih dari tiga orang. Perancang sepeda motor telah memperhitungkan beban maksimum yang dapat diatasi oleh pegas (biasanya dua orang). Pegas bukan hanya digunakan pada sistem suspensi sepeda motor tetapi juga pada kendaraan lainnya, seperti mobil, kereta api, dkk. (gambar atas ‐ per mobil)
Dinamometer
Pernahkah dirimu melihat dinamometer ? mudah‐mudahan di laboratorium fisika sekolah anda ada. Dinamometer, sebagaimana tampak pada gambar di samping adalah alat pengukur gaya. Biasanya digunakan untuk menghitung besar gaya pada percobaan di laboratorium. Di dalam dinamometer terdapat pegas. Pegas tersebut akan meregang ketika dikenai gaya luar. Misalnya anda melakukan percobaan mengukur besar gaya gesekan. Ujung pegas anda kaitkan dengan sebuah benda bermassa. Ketika benda ditarik, maka pegas meregang. Regangan pegas tersebut menunjukkan ukuran gaya, di mana besar gaya ditunjukkan oleh jarum pada skala yang terdapat pada samping pegas.
Timbangan
Pernahkah anda mengukur berat badan ? timbangan yang anda gunakan untuk mengukur berat badan (dalam fisika, berat yang dimaksudkan di sini adalah massa) juga memanfaatkan bantuan pegas. Hidup kita selalu ditemani oleh pegas. Neraca pegas yang digunakan untuk mengukur berat badan, terdapat juga neraca pegas yang lain (gambar kanan ‐ neraca pegas buah)
Menentukan kaitan konsep gaya pegas sifat elastisitas bahan.
Mendeskripsikan tegangan dan regangan
Merumusakan persamaan matematis tegangan dan regangan
Menganalisis dan membuktikan hukum Hooke tentang elastisitas bahan
Merumuskan dan menentukan kekuatan bahan berdasarkan konsep modulus elastisitas
Kerapatan Dan Berat Jenis
Sebuah sifat penting dari zat adalah rasio massa terhadap volumenya yang dinamakan kerapatan. Kerapatan atau rapat massa secara matematis :
Kerapatan = massa/volume
Huruf Yunani ρ (rho) biasanya digunakan untuk menyatakan kerapatan
ρ = m/V
Karena gram semula didefinisikan sebagai massa satu centimeter kubik air, kerapatan air dalam satuan cgs adalah 1 g/cm3. Dengan mengubah ke satuan SI, kilogram per meter kubik, kita dapatkan untuk kerapatan air
ρ = (1 g)/〖cm〗^3 ×kg/〖10〗^3 ×((100 cm)/m)^3=〖10〗^3 kg/m3
Kerapatan air berubah dengan berubahnya temperatur. Persamaan menyatakan nilai maksimumnya, yang terjadi pada 4oC. Satuan yang biasa dijumpai untuk volume adalah liter (L):
1 L = 103 cm3 10-3 m3
Dalam satuan ini, kerapatan air adalah 1,00 kg/L.
Rasio kerapatan sebuah zat terhadap kerapatan air dinamakan berat jenis. Berat jenis adalah bilangan tidak berdimensi yang sama degnan besarnya kerapatan ini bila dinyatakn dalam gram per centimeter kubik. Berat jenis suatu zat dapat diperoleh dengan membagi kerapatannya dengan jenis suatu zat dapat diperoleh dengan membagi kerapatannya dengan 103 kg/m3.
Dalam sistem satuan di Amerika sehari-hari, istilah kerapatan berat (yang didefinisikan sebagai rasio beat sebuah benda terhadap volumenya) seringkali digunakan. Kerapatan berat adalah hasil kali kerapatan ρ dengan percepatan gravitasi g :
ρg= w/V=mg/V
Elastisitas
Ketika dirimu menarik karet mainan sampai batas tertentu, karet tersebut bertambah panjang. Silahkan dicoba kalau tidak percaya. Jika tarikanmu dilepaskan, maka karet akan kembali ke panjang semula. Demikian juga ketika dirimu merentangkan pegas, pegas tersebut akan bertambah panjang. tetapi ketika dilepaskan, panjang pegas akan kembali seperti semula. Apabila di laboratorium sekolah anda terdapat pegas, silahkan melakukan pembuktian ini. Regangkan pegas tersebut dan ketika dilepaskan maka panjang pegas akan kembali seperti semula. Mengapa demikian ? hal itu disebabkan karena bendabenda tersebut memiliki sifat elastis. Elastis atau elastisisitas adalah kemampuan sebuah benda untuk kembali ke bentuk awalnya ketika gaya luar yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan. Jika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda yang elastis, maka bentuk benda tersebut berubah. Untuk pegas dan karet, yang dimaksudkan dengan perubahan bentuk adalah pertambahan panjang.
Ambillah segumpaltanah liat basah, lalu letakkandi atas meja horizontal dan tekanlah dengan telapak tangan Anda agar gumpalan tanah liat tersebut berubah bentuk. Apakah gumpalan tanah liat kembali ke bentuk awalnya ketika Anda menarik telapak tangan Anda?
Beberapa benda, seperti tanah liat (lempung), adonan tepung kue, dan lilin mainan (plastisin) tidak kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar dihilangkan. Benda-benda seperti itu disebut benda tak elastis atau plastis. Dalam subbab ini kita akan mempelajari salah satu aspek elastisitas bahan, yaitu gaya pegas. Namun, sebelumnya kita bahas dahulu tentang pemahaman tegangan, regangan, dan modulus elastis.
Tegangan, regangan dan modulus elastis
Tegangan
Gaya per satuan Luas disebut juga sebagai tegangan. Secara matematis ditulis :
Tegangan = gaya/luas
σ = F/A
Satuan tegangan adalah N/m2 (Newton per meter kuadrat)
Tegangan adalah besaran skalar
Regangan
Perhatikan gambar diatas, gaya tarik yang dikerjakan pada batang berusaha meregangkan kawat hingga panjang kawat semula Lo bertambah panjang sebesar ∆L.
Regangan merupakan perbandingan antara perubahan panjang dengan panjang awal. Secara matematis ditulis :
Regangan = (pertambahan panjang)/(panjang awal) atau e = ∆L/L_o
Karena pertambahan panjang ∆ dan panjang dan panjang awal Lo adalah besaran yang sama, maka sesuai persamaan diatas, regangan e tidak memiliki satuan atau dimensi.
Grafik tegangan terhadap regangan
Kebanyakan benda adalah elastis sampai ke suatu besar gaya tertentu dinamakan batas elastis. Jika gaya yang dikerjakan pada benda lebih kecil daripada batas elastisnya, benda akan kembali ke bentuk semula jika gaya dihilangkan. Akan tetapi, jika gaya yang diberikan melampaui batas elastis, benda tidak kembali ke bentuk semula, melainkan secara permanen berubah bentuk.
Grafik diatas meunjukkan bagaimana variasi tegangan terhadap regangan ketika seutas kawat logam (baja) diberi gaya tarik sampai kawat itu patah.
Modulus Elastis
Modulus elastis E suatu bahan didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami bahan.
Modulus elastis = (tegangan )/regangan atau E = σ/e
Modulus elastis juga disebut modulus Young (diberi lambang Y) untuk menghargai Thomas Young.
satuan SI untuk tegangan σ adalah Nm-2 atau Pa, sedangkan reganagn e tidak memiliki satuan. Sesuai persamaan pada modulus elastis, maka :
satuan E = (satuan σ)/(satuan e)=Nm^(-2)atau Pa
Modulus elastis sejumlah bahan yang umum digunakan dalam keseharian dan teknologi ditunjukkan pada tabel berikut:
Jika kita substitusikan tegangan σ = F/A dan regangan e = ∆L/L_o ke dalam persamaan modulus elastis, kita peroleh hubungan antara gaya tarik F dengan modulus elastis E.
E = σ/e= (F/A)/(∆L/L)
F/A=E ∆L/L
Hukum Hooke Pada Pegas
Misalnya kita tinjau pegas yang dipasang horisontal, di mana pada ujung pegas tersebut dikaitkan sebuah benda bermassa m. Massa benda kita abaikan, demikian juga dengan gaya gesekan, sehingga benda meluncur pada permukaan horisontal tanpa hambatan. Terlebih dahulu kita tetapkan arah positif ke kanan dan arah negatif ke kiri. Setiap pegas memiliki panjang alami, jika pada pegas tersebut tidak diberikan gaya. Pada kedaan ini, benda yang dikaitkan pada ujung pegas berada dalam posisi setimbang (lihat gambar a). Untuk semakin memudahkan pemahaman dirimu,sebaiknya dilakukan juga percobaan.
Apabila benda ditarik ke kanan sejauh +x (pegas diregangkan), pegas akan memberikan gaya pemulih pada benda tersebut yang arahnya ke kiri sehingga benda kembali ke posisi setimbangnya (gambar b).
Sebaliknya, jika benda ditarik ke kiri sejauh ‐x, pegas juga memberikan gaya pemulih untuk mengembalikan benda tersebut ke kanan sehingga benda kembali ke posisi setimbang (gambar c).
Besar gaya pemulih F ternyata berbanding lurus dengan simpangan x dari pegas yang direntangkan atau ditekan dari posisi setimbang (posisi setimbang ketika x = 0). Secara matematis ditulis :
F = ‐kx
Persamaan ini sering dikenal sebagai persamaan pegas dan merupakan hukum hooke. Hukum inidicetuskan oleh paman Robert Hooke (1635‐1703). k adalah konstanta dan x adalah simpangan. Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya pemulih alias F mempunyai arah berlawanan dengan simpangan x. Ketika kita menarik pegas ke kanan maka x bernilai positif, tetapi arah F ke kiri (berlawanan arah dengan simpangan x). Sebaliknya jika pegas ditekan, x berarah ke kiri (negatif), sedangkan gaya F bekerja ke kanan. Jadi gaya F selalu bekeja berlawanan arah dengan arah simpangan x. k adalah konstanta pegas. Konstanta pegas berkaitan dengan elastisitas sebuah pegas. Semakin besar konstanta pegas (semakin kaku sebuah pegas), semakin besar gaya yang diperlukan untuk menekan atau meregangkan pegas. Sebaliknya semakin elastis sebuah pegas (semakin kecil konstanta pegas), semakin kecil gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas. Untuk meregangkan pegas sejauh x, kita akan memberikan gaya luar pada pegas, yang besarnya sama dengan F = +kx. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa x sebanding dengan gaya yang diberikan pada benda.
Hukum Hooke untuk benda non Pegas
Hukum hooke ternyata berlaku juga untuk semua benda padat, dari besi sampai tulang tetapi hanya sampai pada batas‐batas tertentu. Mari kita tinjau sebuah batang logam yang digantung vertikal, seperti yang tampak pada gambar di bawah.
Pada benda bekerja gaya berat (berat = gaya gravitasi yang bekerja pada benda), yang besarnya = mg dan arahnya menuju ke bawah (tegak lurus permukaan bumi). Akibat adanya gaya berat, batang logam tersebut bertambah panjang sejauh (delta L). Jika besar pertambahan panjang (delta L) lebih kecil dibandingkan dengan panjang batang logam, hasil eksperimen membuktikan bahwa pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan gaya berat yang bekerja pada benda. Perbandingan ini dinyatakan dengan persamaan :
F = kΔL
Persamaan ini kadang disebut sebagai hukum Hooke. Kita juga bisa menggantikan gaya berat dengan gaya tarik, seandainya pada ujung batang logam tersebut tidak digantungkan beban. Besarnya gaya yang diberikan pada benda memiliki batas‐batas tertentu. Jika gaya sangat besar maka regangan benda sangat besar sehingga akhirnya benda patah. Hubungan antara gaya dan pertambahan panjang (atau simpangan pada pegas) dinyatakan melalui grafik di bawah ini.
Jika sebuah benda diberikan gaya maka hukum Hooke hanya berlaku sepanjang daerah elastis sampai pada titik yang menunjukkan batas hukum hooke. Jika benda diberikan gaya hingga melewati batas hukum hooke dan mencapai batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali seperti semula jika gaya yang diberikan tidak melewati batas elastisitas. tapi hukum Hooke tidak berlaku pada daerah antara batas hukum hooke dan batas elastisitas. Jika benda diberikan gaya yang sangat besar hingga melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan memasuki daerah plastis dan ketika gaya dihilangkan, panjang benda tidak akan kembali seperti semula; benda tersebut akan berubah bentuk secara tetap. Jika pertambahan panjang benda mencapai titik patah, maka benda tersebut akan patah. Berdasarkan persamaan hukum Hooke di atas, pertambahan panjang (delta L) suatu benda bergantung pada besarnya gaya yang diberikan (F) dan materi penyusun dan dimensi benda (dinyatakan dalam konstanta k). Benda yang dibentuk oleh materi yang berbeda akan memiliki pertambahan panjang yang berbeda walaupun diberikan gaya yang sama, misalnya tulang dan besi. Demikian juga, walaupun sebuah benda terbuat dari materi yang sama (besi, misalnya), tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda maka benda tersebut akan mengalami pertambahan panjang yang berbeda sekalipun diberikan gaya yang sama. Jika kita membandingkan batang yang terbuat dari materi yang sama tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda, ketika diberikan gaya yang sama, besar pertambahan panjang sebanding dengan panjang benda mula‐mula dan berbanding terbalik dengan luas penampang. Makin panjang suatu benda, makin besar besar pertambahan panjangnya, sebaliknya semakin tebal benda, semakin kecil pertambahan panjangnya. Jika hubungan ini kita rumuskan secara matematis, maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut :
F = kΔL
ΔL = F/k
Persamaan ini menyatakan hubungan antara pertambahan panjang (delta L) dengan gaya (F) dan konstanta (k). Materi penyusun dan dimensi benda dinyatakan dalam konstanta k. Untuk materi penyusun yang sama, besar pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan panjang benda mula‐mula (Lo) dan berbanding terbalik dengan luas penampang (A).
Penerapan Elastisitas Dalam Kehidupan Sehari‐Hari
Pada awal penjelasan mengenai hukum Hooke, gurumuda telah berjanji akan membahas mengenai aplikasi elastisitas dalam kehidupan sehari‐hari. Nah, berikut ini beberapa penerapan elastisitas dalam kehidupan kita.
Kita mulai dari teknologi yang sering kita gunakan, yaitu sepeda motor atau mobil. Gambar diatas ini adalah pegas yang digunakan sebagai peredam kejutan pada kendaraan sepeda motor. Istilah kerennya pegas digunakan pada sistem suspensi kendaraan bermotor. Tujuan adanya pegas ini adalah untuk meredam kejutan ketika sepeda motor yang dikendarai melewati permukaan jalan yang tidak rata. Ketika sepeda motor melewati jalan berlubang, gaya berat yang bekerja pada pengendara (dan gaya berat motor) akan menekan pegas sehingga pegas mengalami mampatan. Akibat sifat elastisitas yang dimilikinya, pegas meregang kembali setelah termapatkan. Perubahan panjang pegas ini menyebabkan pengendara merasakan ayunan. Dalam kondisi ini, pengendara merasa sangat nyaman ketika sedang mengendarai sepeda motor. Pegas yang digunakan pada sepeda motor atau kendaraan
lainnya telah dirancang untuk mampu menahan gaya berat sampai batas tertentu. Jika gaya berat yang menekan pegas melewati batas elastisitasnya, maka lama kelamaan sifat elastisitas pegas akan hilang. Oleh karena itu saran dari gurumuda, agar pegas sepeda motor‐mu awet muda, maka sebaiknya jangan ditumpangi lebih dari tiga orang. Perancang sepeda motor telah memperhitungkan beban maksimum yang dapat diatasi oleh pegas (biasanya dua orang). Pegas bukan hanya digunakan pada sistem suspensi sepeda motor tetapi juga pada kendaraan lainnya, seperti mobil, kereta api, dkk. (gambar atas ‐ per mobil)
Dinamometer
Pernahkah dirimu melihat dinamometer ? mudah‐mudahan di laboratorium fisika sekolah anda ada. Dinamometer, sebagaimana tampak pada gambar di samping adalah alat pengukur gaya. Biasanya digunakan untuk menghitung besar gaya pada percobaan di laboratorium. Di dalam dinamometer terdapat pegas. Pegas tersebut akan meregang ketika dikenai gaya luar. Misalnya anda melakukan percobaan mengukur besar gaya gesekan. Ujung pegas anda kaitkan dengan sebuah benda bermassa. Ketika benda ditarik, maka pegas meregang. Regangan pegas tersebut menunjukkan ukuran gaya, di mana besar gaya ditunjukkan oleh jarum pada skala yang terdapat pada samping pegas.
Timbangan
Pernahkah anda mengukur berat badan ? timbangan yang anda gunakan untuk mengukur berat badan (dalam fisika, berat yang dimaksudkan di sini adalah massa) juga memanfaatkan bantuan pegas. Hidup kita selalu ditemani oleh pegas. Neraca pegas yang digunakan untuk mengukur berat badan, terdapat juga neraca pegas yang lain (gambar kanan ‐ neraca pegas buah)
IMPULS DAN MOMENTUM
Tujuan
Menjelaskan pengertian tumbukan tak lenting, lenting sebagian, dan lenting sempurna
Mendeskripsikan jenis-jenis tumbukan
Menunjukkan antara konsep impuls dan momentum berdasarkan pada hukum Newton tentang gerak dan hukum kekekalan momentum
Konsep Impuls
Apa yang menyebabkan suatu benda diam menjadi bergerak ? jawabannya adalah gaya. Gaya tendangan Anda pada bola ermasuk gaya kontak yang bekerja hnaya dalam waktu yang singkat. Gaya seperti ini disebut gaya impulsif. Jadi, gaya impulsif suatu percepatan dan menyebabkan bola bergerak cepat dan makin cepat.
Jika gaya impulsif yang berubah tehadap waktu kita dekati dengan suatu gaya rata-rata konstan (F ̅), kecepatanbola sesudahAnda tendang (dikerjakan gaya impulsif) adalah sebanding dengan hasil kali gaya impulsif rata-rata dan selang waktu singkat selama gaya impulsif bekerja. Hasil kali gaya impulksif rata-rata (F ̅) dan selang waktu singkat (∆t) selama gaya impulsif bekerja disebit besaran impulsif dan diberi lambang I. Dengan demikian,
I = F ̅∆t = F ̅ (t2 – t1)
Impuls adala besaran vektor gaya F dengan besaran skalar selang waktu ∆t, sehingga impuls termasuk besaran vektor. Arah impuls I searah dengan arah gaya impulsif.
F(t)
Impuls = luas raster grafik F-t
t1 t2 t
Gambar Pada grafik F-t, besar impuls sama dengan luas raster di bawah grafik F-t
Konsep Momentum
Seorang ahli pemasaran mungkin mengatakan inilah momentum yang tepat untuk meluncurkan produk baru. Akan tetapi, seperti pengertian usaha, besaran momentum dalam fisika juga memiliki arti khas, yang berbeda dengan pengertian awam (keseharian). Dalam fisika, momentum didefinisikan sebagai ukuran kesukaran untuk memberhentikan suatu benda.
Jika dua benda bergerak dengan kecepatan sama, masnakanh yang lebih sukar Anda hentikan : benda dengan massa besar atau kecil ? jika dua benda bermassa sama bergerak mendekati Anda hentikan: benda berkecepatan tinggi atau rendah ? dari jawaban Anda terhadap dua pertanyaan terbesar momentum dirumuskan sebagai hasil kali massa dan kecepatan.
p = mv
momentum diperoleh dari hasil kali skalar massa dengan besaran vektor kecepatan, sehingga momentum termasuk besaran vektor. Arah momentum searah dengan arah kecepatan.
Contoh soal
Ditetapkan arah kanan sebagai arah positif. Hitung momnetum :
Mobil bermassa 1600 kg yang sedang bergerak ke kiri dengan kelajuan 10 m/s
Motor bermassa 200 kg yang sedang bergerak ke kanan dengan kelajuan 60 m/s
Jawaban:
Massa mobil m = 600 kg
Kecepatan v = -10 m/s (karena arahnya ke kiri)
Momentum p = mv = (1600 kg)(-10 m/s) -16000 kg m/s
Massa motor m = 200 kg
Kecepatan v = +60 m/s (karena arahnya ke kanan)
p = mv = (200 kg)(+60 m/s) = 12000 kg m/s
Hubungan Impusl Dan Momentum
Hubungan kuantitatif antara impuls dan momentum diturunkan berikut ini. Misalkan sebuah bola datang ke arah Anda dengan kecepatan awal vaw sesaat sebelum Anda tendang. Sesaat sesudah Anda tendang (impuls bekerja), kecepatan akhir boa vak. Sesuai dengan hukum II Newton, maka
F ̅=ma ̅
Karena percepatan rata-rata (a ) ̅= ∆v/∆t= (v_ak-v_aw)/∆t, maka
F ̅=m((v_ak-v_aw)/∆t)
F ̅∆t=mv_ak-mv_aw
Bila mvak dan mvaw = Paw, persamaan di atas dapat kita tulis,
F ̅∆t=mv_ak-mv_aw
I= ∆p= p_ak-p_aw
Persamaan diatas dapat kita nyatakan dengan kalimat berikut
Impuls yang dikerjakan pada suatu benda sama dengan perubahan momnetum yang dialami benda itu, yaiut beda antara momentum akhir dengan momentum awalnya.
Pernyataan tersebut dikenal sebagai teorema impuls-momentum
Hukum Kekekalan Momentum
Hukum kekekalan momentum yang menjelaskan tumbukan-tumbukan pada satu dimensi dirumuskan pertama kali oleh John Willis, Christopher Warren, dan Christian Huygens pada pada tahun 1668.
Untuk gerak translasi, yang berlaku adalah kekakalan momentum linear sedangkan untuk gerak rotasi yang berlaku adalah kekekalan momentum sudut. Dalam subbab ini Anda akan mempelajari kekakalan momentum linear.
Merumuskan Hukum Kekekalan Momentum
Suatu tumbukan selalu selalu melibatkan sedikitnya dua benda. Misalnya benda itu adalah bola biliar A dan bola biliar B. Sesaat sebelum tumbukan, bola A bergerak mendatar ke kanan dengan momentum mAvA dan bola B bergerak mendatar ke kiri dengan momentum mBvB. Momentum sistem partikel sebelum tumbukan tentu saja sama dengan jumlah momentum bola A dan bola B sebelum tumbukan p = m_A v_A+m_B v_B momentum sistem partikel sesudah tumbukan tentu saja sama dengan jumlah momentum bola A dan bola B sesudah tumbukan p’ = mAvA’ + mBvB’.
A mAvA mBvB B
A B
mAvA’ A B mBvB’
Gambar. Momentum sistem partikel adalah jumlah momentum masing-masing partikel
Bagaimanakah hubungan antara momentum sistem sesaat sesudah tumbukan (p’) dengan momentum sistem sesaat sebelum tumbukan (p)? Ini akan kita turunkan dari hukum gerak Newton.
Perhatikan kembali kasus tumbukan antara dua bola biliar A dan B, yang bergerak mendatar satu dimensi, seperti pada gambar. Selama bola A dan B kontak (saling bersentuhan), bola B mengerjakan gaya pada bola A, diberi lambang FA,B. Sebagai reaksi, bola A mengerjakan gaya pada bola B, diberi lambang FB,A. Kedua gaya ini sama besar, tetapi berlawanan arah. Misalkan besar kedua gay ini konstan sama dengan F selama tumbukan yang berlangsung dalam selang waktu singkat ∆t, maka
FA,B = -F
Dan FB,A = +F
Bekerjanya gaya konstan FA,B = -F selama selang waktu ∆t menyebabkan perubahan
∆pA = pA’ – pA
∆pA = mAvA’ – mAvA
Sesuai dengan hukum II Newton bentuk momentum :
FA,B = (∆p_A)/∆t
FA,B ∆t = ∆pA
Karena FA,B = -F, maka
-F ∆t = mAvA’ – mAvA
F ∆t = -mAvA’ + mAvA (*)
Sekarang kita tinjau bola biliar B. Bekerjanya gerak FB,A = F selama selang waktu ∆t menyebabkan perubahan momentum pada bola B
∆pB = pB’ – pB
∆pB = mBvB’ – mBvB
Sesuai dengan hukum II Newton bentuk momentum
FB,A = (∆p_B)/∆t
FB,A ∆t = ∆pB
F∆t = mBvB’ – mBvB (**)
Ruas kiri persamaan (*) dan persamaan (**) sama, sehingga dari kedua persamaan ini dapat kita tulis
-mAvA’ + mAvA = mBvB’ – mBvB
mAvA + mBvB = mAvA’ + mBvB’
ruas kiri persamaan diatas, mAvA + mBvB = p adala momentum sistem partikel sesaat sebelum tumbukan, dan ruas kanannya, mAvA’ + mBvB’= p’ adalah momentum sistem partikel sesaat sesudah tumbukan. Dengan demikian, p = p’ dan ini dikenal sebagai hukum momentum linear.
Hukum Kekekalan Momentum Linear
Dalam peristiwa tumbukan momnetum total sistem sesaat sebelum tumbukan sama dengan momentum total sistem sesaat sesudah tumbukan, asalkan tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem.
Formulasi hukum kekekalan momentum linear di aats dinyatakan oleh
psebelum = psesudah
pA + pB = pA’ + pB’
mAvA + mBvB = mAvA’ + mBvB’ (***)
yang dimaksud dengan gaya dalam adalah gaya-gaya interaksi di antara benda-benda pada sistem itu sendiri. Untuk sistem di mana gaya yang terlibat saat interaksi hanyalah gaya dalam, menurut Hukum III Newton, resultan semua gaya inni sama dengan nol. Sebagai contoh, untuk sistem interaksi dua bola biliar selama berlangsung tumbukan, resultan gaya pada sistem oleh gaya-gaya dalam adalah
ΣF = FA,B + FB,A = -F + F = 0
Sesuai hukum II Newton bentuk momentum, perubahan momentum sistem adalah
∆p = ΣF∆t = 0
Ini berarti bahwa momentum total sisrem adalh konstan (tidak berubah). Oleh karenna itu, hukum kekekalan nmomentum juga dapat dinyatakan sebagai berikut
Momentum total yang konstan dari suatu sistem benda-benda (sedikitnya dua benda) di mana pada sistem tesebut tidak bekerja gaya luar.
Yang dimaksud dengan sistem adalah sekumpulan benda (minimal dua benda) yang saling berinteraksi. Jika pada suatu sistem interaksi benda-benda hanya bekerja gaya dalam, resultan gaya sisteadalah nol, momentum total sistem tidak kekal.
Jenis-Jenis Tumbukan
Untuk sistem dua benda bertumbukan, momentum linear sistem adalah tetap asalkan pada sistem tidak bekerja gaya luar. Akan tetapi, energi kinetik sistem dapat berkurang karena sebagian energi kinetik diubah ke bentuk energi kalor dan energi bunyi pada saat terjadi tumbukan. Jadi, pada peristiwa tumbukan di mana tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem, hukum kekekalan momentum linear selalu berlaku, tetapi hukum kekekalan energi kinetik umumnya tidak berlaku.
Berdasarkan berlaku atau tidaknya hukum kekekalan energi mekanik (khususnya energi kinetik), tumbukan dibagi dua jenis : tumbukan lenting sempurna dan tak lenting. Tumbukan lenting sempurna jika pada peristiwa tumbukan itu energi kinetik sistem adalah tetap (berlaku hukum kekekalan energi kinetik),. Tumbukan tidak lenting jika pada peristiwa tumbukan itu terjadi pengurangan energi kinetik sistem (tidak berlaku hukum sesaat sesudah tumbukan, kedua benda saling menempel (bergabung, sehingga kedua benda dapat dianggap sebagai satu benda) dan keduanya bergerak bersaama dengan kecepatan yang sama.
Tumbukan lenting sempurna (tumbukan elastik)
m1 v1A m2 v2A
sebelum tumbukan
m1 v1B m2 v2B
sesudah tumbukan
Unutk tumbukan elastik, energi awal dan akhir sama. Jika tidak ada perubahan enegi potensial internal sistem, energi kinetik akhir sama dengan energi awal:
1/2 m1v1A2 + 1/2 m1v1A2 = 1/2 m2v2B2 + 1/2 m2v2B 2 (****)
Persamaan (***) dan (****) cukup untuk menentukan kecepatan akhir kedua benda dari kecepatan mereka. Namun, bentuk kuadratik persamaan (****) menyebabkan kesulitan aljabar dalam memecahkan persoalan tumbukan elastik. Kesulitan ini dapat dihindari degan menggabungkan Persamaan-persamaan itu untuk mendapatkan persamaan ketiga yang linear terhadap kecepatan. Penata ulang persamaan (****) menghasilkan
m2(v2B2 - v2A2) = m1(v1B2 – v1A2)
m2(v2B + v2A)(v2B – v2A) = m1(v1B + v1A)(v1B - v1A)
dengan cara sama, persamaan (***) dapat ditaat ulang untuk menghasilkan
m2(v2B - v2A) = m1(v1B – v1A)
Dengan membagi persamaan-persamaan diatas kita akan memperoleh
v2B + v2A = v1B + v1A
yang dapat ditulis
v2B - v1B = - (v2A - v1A)
kecepatan relatif v2-v1 adalah kecepatan benda 2 bila dilihat oleh benda . jika benda-benda bertumbukan, v2A - v1A harus negatif (andaikan benda 1 ada di kiri). Maka, - (v2A - v1A) adalahkelajuan saling mendekati antara kedua benda itu. Setelah tumbukan, benda-benda bergerak saling menjauhu, sehingga v2B - v1B haruslah positif. Ini adalah kelajuan menjauh setelah tumbukan. Sehingga persamaan ini menyatakan
untuk tumbukan elastik, kelajuan salingmenjauh relatif setelah tumbukan sama dengan kelajuan saling mendekat relatif sebelum tumbukan.
Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali (Tak Elastik)
Untuk tumbukan tak elastik sempurna, hubungan kedua antara kecepatan-kecepatan akhir adalah kedua kecepatan itusama dan juga sama dengan kecepatan pusat massa.
m1 v1 m2 v2
v1 = v2 = Vcm
hasil ini bila digabungkan dengan kekekalan dengan kekekalan momwntum menghasilkan
(m1 + m2) Vcm = m1v1 + m2v2
Untuk kasus tumbukan yang khusus yang salah saatu bendanya mula-mula diam, kita dapat menghubungkan energi awal dan akhir dengan cara sederhana dengan menuliskan energi kinetik dalam momentum. Misalkan benda yang datang mempunyai massa m1 dan kecepataan v1 dan benda kedua yang mula-mula diam mempunyai massa m2. Momentum total sistem adalah momentum benda yang datang :
P = m1 v1
Energi kinetik awal adalah
Ek1 = p^2/〖2m〗_1
Setelah tumbukan, kedua benda bergerak bersama-sama sebagai partikel tunggal dengan massa m1 + m2 dan kecepatan Vcm. Karena momewntum bersifat kekela, momentum akhir sama dengan p. Dengan cara yang sama, energi kinetik akhir dapat ditulis sebagai kuadrat momentum dibagi dua kali massa, massa sekarang adalah m1 + m2. Jadi, enegi akhir adalah
Ek2 = p^2/(〖2 (m〗_1+ m_2))
Dengan perbandingan persamaan diatas, jelaslah bahwa enrgi akhir lebih kecil dibandingkan energi awal. Rasio antara energi kinetik akhir dan energi kinetik awal adalah
〖Ek〗_2/〖Ek〗_1 = m_1/(m_1+ m_2 )
Hasil ini hanya berlaku jika tumbukan bersifat tak elastik sempurna dan benda dengan massa m2 semula diam.
Koefisien Restitusi Untuk Tumbuka Satu Dimensi
Tumbukan lenting sempurna dan tumbuka tak lenting sama sekali adalah dua kasus yagn ekstrem. Pada umumnya, sebagianbesar tumbukan berada di antara kedua ekstrem ini. Tumbukan ini disebut tumbukan lenting sebagian. Seabgai contoh, bola tenis atau bola kasti yang Anda lepaskan dari ketinggian h1 di atas lantai akan terpental setinggi h2, di mana h2, selalu lebih kecil daripada h1. Untuk menjelaskan jenis tumbukan lenting sebagian, Anda perlu mengenal dahulu koefisien restitusi.
Sewaktu membahas tumbukan lenting sempurna, kita peroleh
v2B - v1B = - (v2A - v1A)
(- (v_2A - v_1A))/(v_2B - v_1B ) = 1
Rasio (- (v_2A - v_1A))/(v_2B - v_1B ) inilah yang didefinisikan sebagai kioefisien restitusi
Koefisien restitusi (diberi lambang e) adalah negatif perbandingan antara kecepatan relatif sesaat tumbukan dengan kecpatan relatif sesaat sebelum tumbukan, untuk tumbukan satu dimensi.
e = (-∆v')/∆v = (- (v_2A - v_1A))/(v_2B - v_1B )
nilai koefisien restitusi adalah terbatas, yaitu antara nol dan satu (0 ≤e ≤1). Untuk tumbukan lenting sempurna jelas bahwa
e = (-∆v')/∆v = 1
untuk tumbukan tak elastik
e = (-∆v')/∆v = (- (v_2A - v_1A))/(v_2B - v_1B ) = 0 sebab v_2'=v_1'
seperti telah disebutkan bahwa sebagian besar tumbukan adalh tumbukan lenting sebagian, yaitu tumbukan yang berada diantara dua keadaan ekstrem tumbukan elastis dan tak elastis. Jelaslah bahwa pada tumbukan lenting sebagian, koefisien restitusinya adalah 0
Tujuan
Menjelaskan pengertian tumbukan tak lenting, lenting sebagian, dan lenting sempurna
Mendeskripsikan jenis-jenis tumbukan
Menunjukkan antara konsep impuls dan momentum berdasarkan pada hukum Newton tentang gerak dan hukum kekekalan momentum
Konsep Impuls
Apa yang menyebabkan suatu benda diam menjadi bergerak ? jawabannya adalah gaya. Gaya tendangan Anda pada bola ermasuk gaya kontak yang bekerja hnaya dalam waktu yang singkat. Gaya seperti ini disebut gaya impulsif. Jadi, gaya impulsif suatu percepatan dan menyebabkan bola bergerak cepat dan makin cepat.
Jika gaya impulsif yang berubah tehadap waktu kita dekati dengan suatu gaya rata-rata konstan (F ̅), kecepatanbola sesudahAnda tendang (dikerjakan gaya impulsif) adalah sebanding dengan hasil kali gaya impulsif rata-rata dan selang waktu singkat selama gaya impulsif bekerja. Hasil kali gaya impulksif rata-rata (F ̅) dan selang waktu singkat (∆t) selama gaya impulsif bekerja disebit besaran impulsif dan diberi lambang I. Dengan demikian,
I = F ̅∆t = F ̅ (t2 – t1)
Impuls adala besaran vektor gaya F dengan besaran skalar selang waktu ∆t, sehingga impuls termasuk besaran vektor. Arah impuls I searah dengan arah gaya impulsif.
F(t)
Impuls = luas raster grafik F-t
t1 t2 t
Gambar Pada grafik F-t, besar impuls sama dengan luas raster di bawah grafik F-t
Konsep Momentum
Seorang ahli pemasaran mungkin mengatakan inilah momentum yang tepat untuk meluncurkan produk baru. Akan tetapi, seperti pengertian usaha, besaran momentum dalam fisika juga memiliki arti khas, yang berbeda dengan pengertian awam (keseharian). Dalam fisika, momentum didefinisikan sebagai ukuran kesukaran untuk memberhentikan suatu benda.
Jika dua benda bergerak dengan kecepatan sama, masnakanh yang lebih sukar Anda hentikan : benda dengan massa besar atau kecil ? jika dua benda bermassa sama bergerak mendekati Anda hentikan: benda berkecepatan tinggi atau rendah ? dari jawaban Anda terhadap dua pertanyaan terbesar momentum dirumuskan sebagai hasil kali massa dan kecepatan.
p = mv
momentum diperoleh dari hasil kali skalar massa dengan besaran vektor kecepatan, sehingga momentum termasuk besaran vektor. Arah momentum searah dengan arah kecepatan.
Contoh soal
Ditetapkan arah kanan sebagai arah positif. Hitung momnetum :
Mobil bermassa 1600 kg yang sedang bergerak ke kiri dengan kelajuan 10 m/s
Motor bermassa 200 kg yang sedang bergerak ke kanan dengan kelajuan 60 m/s
Jawaban:
Massa mobil m = 600 kg
Kecepatan v = -10 m/s (karena arahnya ke kiri)
Momentum p = mv = (1600 kg)(-10 m/s) -16000 kg m/s
Massa motor m = 200 kg
Kecepatan v = +60 m/s (karena arahnya ke kanan)
p = mv = (200 kg)(+60 m/s) = 12000 kg m/s
Hubungan Impusl Dan Momentum
Hubungan kuantitatif antara impuls dan momentum diturunkan berikut ini. Misalkan sebuah bola datang ke arah Anda dengan kecepatan awal vaw sesaat sebelum Anda tendang. Sesaat sesudah Anda tendang (impuls bekerja), kecepatan akhir boa vak. Sesuai dengan hukum II Newton, maka
F ̅=ma ̅
Karena percepatan rata-rata (a ) ̅= ∆v/∆t= (v_ak-v_aw)/∆t, maka
F ̅=m((v_ak-v_aw)/∆t)
F ̅∆t=mv_ak-mv_aw
Bila mvak dan mvaw = Paw, persamaan di atas dapat kita tulis,
F ̅∆t=mv_ak-mv_aw
I= ∆p= p_ak-p_aw
Persamaan diatas dapat kita nyatakan dengan kalimat berikut
Impuls yang dikerjakan pada suatu benda sama dengan perubahan momnetum yang dialami benda itu, yaiut beda antara momentum akhir dengan momentum awalnya.
Pernyataan tersebut dikenal sebagai teorema impuls-momentum
Hukum Kekekalan Momentum
Hukum kekekalan momentum yang menjelaskan tumbukan-tumbukan pada satu dimensi dirumuskan pertama kali oleh John Willis, Christopher Warren, dan Christian Huygens pada pada tahun 1668.
Untuk gerak translasi, yang berlaku adalah kekakalan momentum linear sedangkan untuk gerak rotasi yang berlaku adalah kekekalan momentum sudut. Dalam subbab ini Anda akan mempelajari kekakalan momentum linear.
Merumuskan Hukum Kekekalan Momentum
Suatu tumbukan selalu selalu melibatkan sedikitnya dua benda. Misalnya benda itu adalah bola biliar A dan bola biliar B. Sesaat sebelum tumbukan, bola A bergerak mendatar ke kanan dengan momentum mAvA dan bola B bergerak mendatar ke kiri dengan momentum mBvB. Momentum sistem partikel sebelum tumbukan tentu saja sama dengan jumlah momentum bola A dan bola B sebelum tumbukan p = m_A v_A+m_B v_B momentum sistem partikel sesudah tumbukan tentu saja sama dengan jumlah momentum bola A dan bola B sesudah tumbukan p’ = mAvA’ + mBvB’.
A mAvA mBvB B
A B
mAvA’ A B mBvB’
Gambar. Momentum sistem partikel adalah jumlah momentum masing-masing partikel
Bagaimanakah hubungan antara momentum sistem sesaat sesudah tumbukan (p’) dengan momentum sistem sesaat sebelum tumbukan (p)? Ini akan kita turunkan dari hukum gerak Newton.
Perhatikan kembali kasus tumbukan antara dua bola biliar A dan B, yang bergerak mendatar satu dimensi, seperti pada gambar. Selama bola A dan B kontak (saling bersentuhan), bola B mengerjakan gaya pada bola A, diberi lambang FA,B. Sebagai reaksi, bola A mengerjakan gaya pada bola B, diberi lambang FB,A. Kedua gaya ini sama besar, tetapi berlawanan arah. Misalkan besar kedua gay ini konstan sama dengan F selama tumbukan yang berlangsung dalam selang waktu singkat ∆t, maka
FA,B = -F
Dan FB,A = +F
Bekerjanya gaya konstan FA,B = -F selama selang waktu ∆t menyebabkan perubahan
∆pA = pA’ – pA
∆pA = mAvA’ – mAvA
Sesuai dengan hukum II Newton bentuk momentum :
FA,B = (∆p_A)/∆t
FA,B ∆t = ∆pA
Karena FA,B = -F, maka
-F ∆t = mAvA’ – mAvA
F ∆t = -mAvA’ + mAvA (*)
Sekarang kita tinjau bola biliar B. Bekerjanya gerak FB,A = F selama selang waktu ∆t menyebabkan perubahan momentum pada bola B
∆pB = pB’ – pB
∆pB = mBvB’ – mBvB
Sesuai dengan hukum II Newton bentuk momentum
FB,A = (∆p_B)/∆t
FB,A ∆t = ∆pB
F∆t = mBvB’ – mBvB (**)
Ruas kiri persamaan (*) dan persamaan (**) sama, sehingga dari kedua persamaan ini dapat kita tulis
-mAvA’ + mAvA = mBvB’ – mBvB
mAvA + mBvB = mAvA’ + mBvB’
ruas kiri persamaan diatas, mAvA + mBvB = p adala momentum sistem partikel sesaat sebelum tumbukan, dan ruas kanannya, mAvA’ + mBvB’= p’ adalah momentum sistem partikel sesaat sesudah tumbukan. Dengan demikian, p = p’ dan ini dikenal sebagai hukum momentum linear.
Hukum Kekekalan Momentum Linear
Dalam peristiwa tumbukan momnetum total sistem sesaat sebelum tumbukan sama dengan momentum total sistem sesaat sesudah tumbukan, asalkan tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem.
Formulasi hukum kekekalan momentum linear di aats dinyatakan oleh
psebelum = psesudah
pA + pB = pA’ + pB’
mAvA + mBvB = mAvA’ + mBvB’ (***)
yang dimaksud dengan gaya dalam adalah gaya-gaya interaksi di antara benda-benda pada sistem itu sendiri. Untuk sistem di mana gaya yang terlibat saat interaksi hanyalah gaya dalam, menurut Hukum III Newton, resultan semua gaya inni sama dengan nol. Sebagai contoh, untuk sistem interaksi dua bola biliar selama berlangsung tumbukan, resultan gaya pada sistem oleh gaya-gaya dalam adalah
ΣF = FA,B + FB,A = -F + F = 0
Sesuai hukum II Newton bentuk momentum, perubahan momentum sistem adalah
∆p = ΣF∆t = 0
Ini berarti bahwa momentum total sisrem adalh konstan (tidak berubah). Oleh karenna itu, hukum kekekalan nmomentum juga dapat dinyatakan sebagai berikut
Momentum total yang konstan dari suatu sistem benda-benda (sedikitnya dua benda) di mana pada sistem tesebut tidak bekerja gaya luar.
Yang dimaksud dengan sistem adalah sekumpulan benda (minimal dua benda) yang saling berinteraksi. Jika pada suatu sistem interaksi benda-benda hanya bekerja gaya dalam, resultan gaya sisteadalah nol, momentum total sistem tidak kekal.
Jenis-Jenis Tumbukan
Untuk sistem dua benda bertumbukan, momentum linear sistem adalah tetap asalkan pada sistem tidak bekerja gaya luar. Akan tetapi, energi kinetik sistem dapat berkurang karena sebagian energi kinetik diubah ke bentuk energi kalor dan energi bunyi pada saat terjadi tumbukan. Jadi, pada peristiwa tumbukan di mana tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem, hukum kekekalan momentum linear selalu berlaku, tetapi hukum kekekalan energi kinetik umumnya tidak berlaku.
Berdasarkan berlaku atau tidaknya hukum kekekalan energi mekanik (khususnya energi kinetik), tumbukan dibagi dua jenis : tumbukan lenting sempurna dan tak lenting. Tumbukan lenting sempurna jika pada peristiwa tumbukan itu energi kinetik sistem adalah tetap (berlaku hukum kekekalan energi kinetik),. Tumbukan tidak lenting jika pada peristiwa tumbukan itu terjadi pengurangan energi kinetik sistem (tidak berlaku hukum sesaat sesudah tumbukan, kedua benda saling menempel (bergabung, sehingga kedua benda dapat dianggap sebagai satu benda) dan keduanya bergerak bersaama dengan kecepatan yang sama.
Tumbukan lenting sempurna (tumbukan elastik)
m1 v1A m2 v2A
sebelum tumbukan
m1 v1B m2 v2B
sesudah tumbukan
Unutk tumbukan elastik, energi awal dan akhir sama. Jika tidak ada perubahan enegi potensial internal sistem, energi kinetik akhir sama dengan energi awal:
1/2 m1v1A2 + 1/2 m1v1A2 = 1/2 m2v2B2 + 1/2 m2v2B 2 (****)
Persamaan (***) dan (****) cukup untuk menentukan kecepatan akhir kedua benda dari kecepatan mereka. Namun, bentuk kuadratik persamaan (****) menyebabkan kesulitan aljabar dalam memecahkan persoalan tumbukan elastik. Kesulitan ini dapat dihindari degan menggabungkan Persamaan-persamaan itu untuk mendapatkan persamaan ketiga yang linear terhadap kecepatan. Penata ulang persamaan (****) menghasilkan
m2(v2B2 - v2A2) = m1(v1B2 – v1A2)
m2(v2B + v2A)(v2B – v2A) = m1(v1B + v1A)(v1B - v1A)
dengan cara sama, persamaan (***) dapat ditaat ulang untuk menghasilkan
m2(v2B - v2A) = m1(v1B – v1A)
Dengan membagi persamaan-persamaan diatas kita akan memperoleh
v2B + v2A = v1B + v1A
yang dapat ditulis
v2B - v1B = - (v2A - v1A)
kecepatan relatif v2-v1 adalah kecepatan benda 2 bila dilihat oleh benda . jika benda-benda bertumbukan, v2A - v1A harus negatif (andaikan benda 1 ada di kiri). Maka, - (v2A - v1A) adalahkelajuan saling mendekati antara kedua benda itu. Setelah tumbukan, benda-benda bergerak saling menjauhu, sehingga v2B - v1B haruslah positif. Ini adalah kelajuan menjauh setelah tumbukan. Sehingga persamaan ini menyatakan
untuk tumbukan elastik, kelajuan salingmenjauh relatif setelah tumbukan sama dengan kelajuan saling mendekat relatif sebelum tumbukan.
Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali (Tak Elastik)
Untuk tumbukan tak elastik sempurna, hubungan kedua antara kecepatan-kecepatan akhir adalah kedua kecepatan itusama dan juga sama dengan kecepatan pusat massa.
m1 v1 m2 v2
v1 = v2 = Vcm
hasil ini bila digabungkan dengan kekekalan dengan kekekalan momwntum menghasilkan
(m1 + m2) Vcm = m1v1 + m2v2
Untuk kasus tumbukan yang khusus yang salah saatu bendanya mula-mula diam, kita dapat menghubungkan energi awal dan akhir dengan cara sederhana dengan menuliskan energi kinetik dalam momentum. Misalkan benda yang datang mempunyai massa m1 dan kecepataan v1 dan benda kedua yang mula-mula diam mempunyai massa m2. Momentum total sistem adalah momentum benda yang datang :
P = m1 v1
Energi kinetik awal adalah
Ek1 = p^2/〖2m〗_1
Setelah tumbukan, kedua benda bergerak bersama-sama sebagai partikel tunggal dengan massa m1 + m2 dan kecepatan Vcm. Karena momewntum bersifat kekela, momentum akhir sama dengan p. Dengan cara yang sama, energi kinetik akhir dapat ditulis sebagai kuadrat momentum dibagi dua kali massa, massa sekarang adalah m1 + m2. Jadi, enegi akhir adalah
Ek2 = p^2/(〖2 (m〗_1+ m_2))
Dengan perbandingan persamaan diatas, jelaslah bahwa enrgi akhir lebih kecil dibandingkan energi awal. Rasio antara energi kinetik akhir dan energi kinetik awal adalah
〖Ek〗_2/〖Ek〗_1 = m_1/(m_1+ m_2 )
Hasil ini hanya berlaku jika tumbukan bersifat tak elastik sempurna dan benda dengan massa m2 semula diam.
Koefisien Restitusi Untuk Tumbuka Satu Dimensi
Tumbukan lenting sempurna dan tumbuka tak lenting sama sekali adalah dua kasus yagn ekstrem. Pada umumnya, sebagianbesar tumbukan berada di antara kedua ekstrem ini. Tumbukan ini disebut tumbukan lenting sebagian. Seabgai contoh, bola tenis atau bola kasti yang Anda lepaskan dari ketinggian h1 di atas lantai akan terpental setinggi h2, di mana h2, selalu lebih kecil daripada h1. Untuk menjelaskan jenis tumbukan lenting sebagian, Anda perlu mengenal dahulu koefisien restitusi.
Sewaktu membahas tumbukan lenting sempurna, kita peroleh
v2B - v1B = - (v2A - v1A)
(- (v_2A - v_1A))/(v_2B - v_1B ) = 1
Rasio (- (v_2A - v_1A))/(v_2B - v_1B ) inilah yang didefinisikan sebagai kioefisien restitusi
Koefisien restitusi (diberi lambang e) adalah negatif perbandingan antara kecepatan relatif sesaat tumbukan dengan kecpatan relatif sesaat sebelum tumbukan, untuk tumbukan satu dimensi.
e = (-∆v')/∆v = (- (v_2A - v_1A))/(v_2B - v_1B )
nilai koefisien restitusi adalah terbatas, yaitu antara nol dan satu (0 ≤e ≤1). Untuk tumbukan lenting sempurna jelas bahwa
e = (-∆v')/∆v = 1
untuk tumbukan tak elastik
e = (-∆v')/∆v = (- (v_2A - v_1A))/(v_2B - v_1B ) = 0 sebab v_2'=v_1'
seperti telah disebutkan bahwa sebagian besar tumbukan adalh tumbukan lenting sebagian, yaitu tumbukan yang berada diantara dua keadaan ekstrem tumbukan elastis dan tak elastis. Jelaslah bahwa pada tumbukan lenting sebagian, koefisien restitusinya adalah 0
USAHA DAN ENERGI (WORK AND ENERGY)
Tujuan :
Siswa mampu membuktikan bahwa usaha adalah hasil kali gaya dan perpindahan secara matematis dari hukum II Newton
Siswa mampu membuktikan bahwa energi mekanik tersusun dari energi potensial dan energi kinetik
Siswa mampu membandingkan kesetaraan energi potensial gravitasi dan energi potensial listrik
Siswa dapat menerapakan rumusan usaha dan energi kinetik dalam memecahkan masalah sehari-hari
Pendahuluan
Masalah dasar dalam dinamika partikel adalah bagaimana menentukan gerak partikel jika diketahui gaya yang bekerja padanya. Yang dimaksud dengan “bagaimana menentukan gerak partikel” adalah bagaimana perubahan posisi terhadap waktu. Jika geraknya alam satu dimensi, persoalannya menjadi menentukan x sebagai fungsi dari waktu, x(t).
Dari hukum gaya yang sesuai, kita tentukan gaya resultan gaya resultan F yang beekrja pada partikel, kemudian gaya F ini dan massa m disubstitusikan ke dalam hukum gerak Newton yang kedua. Dari sini diperoleh percepatan partikel a, yaitu
a = F/m
jika gaya F dan massa m konstan, maka percepatan a akan konstan juga. Bila dipilih sumbu-x dalam arah percepatan konstan ini, maka dapat ditentukan laju partikel melalui persamaan
v = vo + at
dan posisi partikel dapat diperoleh dari persamaan (dengan xo=0)
x = vot + 1/2at^2
Cara yang biasa digunakan untuk menentukan gerak partikel yang dikenai gaya demikian membawa kita pada konsep usaha (work) dan tenagamkonetik (kinetic energy) dan kepada pengembangan teorema usaha-energi.
Usaha, daya dan energi
Usaha
Sebagai suatu besaran Fisika, “usaha” dalam fisika memiliki pengertian yang khas. Usaha dalam fisika hanya dilakuka oleh gaya yang bekerja pada benda dan suatu gaya dikatakan melakukan usaha pada benda hanya jika gaya tersebut menyebabkan benda berpindah.
Di SMP Anda telah mengetahui bahwa usaha berhubungan dengan gaya dan perpindahan. Usaha (diberi lambang W, dari bahasa inggris work) didefinisikan sebagai hasil kali komponen gaya searah perpindahan (Fx) dengan besr perpindahannya (∆x). Secara matematis, definisi ini ditulis dengan rumus
W = Fx ∆x
(bedakan antara lambang huruf besar W, yang menyatakan usaha dan lambang huruf kecil w, yang menyatakan gaya berat benda).
Gaya F searah dengan perpindahan ∆x: usaha W = F ∆x
Awal Akhir
F
∆x
Gaya F membentuk sudut θ
Awal F Akhir
θ Fx
∆x
Untuk gaya (F) searah dengan perpindahan (∆x), Fx = F sehingga usaha (W) dapat dinyatakan sebagai
W = F ∆x
Untuk gaya (F) membentuk sudut θ terhadap perpindahan ∆x, Fx = F cos θ, maka
W = F ∆x cos θ
dengan 0 ≤ θ ≤ 〖180〗^o adalah sudut terkecil antara F dan ∆x
Satuan dari usaha
satuan usaha dalam SI dapat kita turunkan dari persamaan W = F ∆x. Satuan gaya (F) adalah newton dan satuan dari perpindahan (∆x) adalah meter, sehingga
satuan usaha = (newton)(meter)
satuan usaha dalam SI diberi nama joule (disingkat J) untuk menghormati James Prescott Joule. Dengan demikian kita peroleh hubungan satuan
1 joule = 1 newton meter
Dari hubungan ini kita dapat mendefinisikan satu joule sebagai berikut
satu joule (1 J) adalah besar usaha yang dilakukan oleh gaya satu newton untuk memindahkan suatu benda searah gaya sejauh satu meter.
Contoh soal
Seorang anak menarik sebuah balok dengan seutas tali dengan gaya tarik 25 N (lihat gambar). Balok berpindah sejauh 8 m.
F
37o
Tentukan usaha yang dilakukan anak itu :
Jika tali sejajar dengan jalan mendatar
Jika tali membentuk sudut 37o terhadap jalan mendatar
Strategi :
Tentukan usaha dengan menggunakan persamaan W = F ∆x cos θ. Untuk pertanyaan (a) θ= 0o ↔ cos θ = cos 0o = 1. Untuk pertanyaan (b) θ = 37o ↔ cos 37o = 0,8.
Jawab:
Gaya tarik F = 25 N, perpindahan ∆x = 8 m
W = F ∆x cos θ
= (25 N)(8 m)(1) = 200 J
W = (25 N)(8 m) (0,8) = 160 J
Usaha oleh gaya pegas
Gambar usaha yang dilakukan oleh gaya pegas F = kx untuk benda berpindah dari posisi (1) ke posisi (2) adalh Wpegas = 1/2k (x22-x12)
Fp = kx
Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya pegas, Fp,ketika benda berpindah dari posisi (1) dengan simpangan x1 ke posisi (2) dengan simpangan x2 ? karena gaya Fp berlawanan dengan perpindahan ∆x, maka
W1,2 = Fp ∆x ⟺ W1,2 = -kx ∆x
Dengan menggunakan integral, maka
W1,2 = ∫_(x_1)^(x_2)▒〖-kx〗 = - k ∫_(x_1)^(x_2)▒〖x dx〗 = - k [x^2/2]_(x_1)^(x_2 )
= -1/2 k(x_2^2-x_1^2 )
Wpegas = -1/2 k(x_2^2-x_1^2 )
Energi
Segala sesuatu yang kita lakukan dalam kehidupan sehari-hari membutuhkan energi. Untuk bertahan hidup kita membutuhkan energi yang diperoleh dari makanan. Setiap kendaraan membutuhkan energi untuk bergerak dan energi itu diperoleh dari bahan bakar. Hewan juga membutuhkan energi untuk hidup, sebagaimana manusia dan tumbuhan.
Energi merupakan salah satu konsep yang paling penting dalam fisika. Konsep yang sangat erat kaitannya dengan usaha adalah konsep energi. Secara sederhana, energi merupakan kemampuan melakukan usaha. Definisi yang sederhana ini sebenarnya kurang tepat atau kurang valid untuk beberapa jenis energi (misalnya energi panas atau energi cahaya tidak dapat melakukan kerja). Definisi tersebut hanya bersifat umum. Secara umum, tanpa energi kita tidak dapat melakukan kerja. Sebagai contoh, jika kita mendorong sepeda motor yang mogok, usaha alias kerja yang kita lakukan menggerakan sepeda motor tersebut. Pada saat yang sama, energi kimia dalam tubuh kita menjadi berkurang, karena sebagian energi kimia dalam tubuh berubah menjadi energi kinetik sepeda motor. Usaha dilakukan ketika energi dipindahkan dari satu benda ke benda lain. Contoh ini juga menjelaskan salah satu konsep penting dalam sains, yakni kekekalan energi. Jumlah total energi pada sistem dan lingkungan bersifat kekal alias tetap. Energi tidak pernah hilang, tetapi hanya dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi lain.
Dalam kehidupan sehari-hari terdapat banyak jenis energi. Energi kimia pada bahan bakar membantu kita menggerakan kendaraan, demikian juga energi kimia pada makanan membantu makhluk hidup bertahan hidup dan melakukan kerja. Dengan adanya energi listrik, kita bisa menonton TV atau menyalakan komputer sehingga bisa bermain game sepuasnya. Ini hanya beberapa contoh dari sekian banyak jenis energi dalam kehidupan kita. Misalnya ketika kita menyalakan lampu neon, energi listrik berubah menjadi energi cahaya. Energi listrik juga bisa berubah menjadi energi panas (setrika listrik), energi gerak (kipas angin) dan sebagainya. Banyak sekali contoh dalam kehidupan kita, dirimu bisa memikirkan contoh lainnya. Secara umum, energi bermanfaat bagi kita ketika energi mengalami perubahan bentuk, misalnya energi listrik berubah menjadi energi gerak (kipas angin), atau energi kimia berubah menjadi energi gerak (mesin kendaraan).
Pada kesempatan ini kita akan mempelajari dua jenis energi yang sebenarnya selalu kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, yakni energi potensial dan energi kinetik translasi. Energi potensial dapat berubah bentuk menjadi energi kinetik ketika benda bergerak lurus dan sebaliknya energi kinetik juga bisa berubah bentuk menjadi energi potensial. Total kedua energi ini disebut energi mekanik, yang besarnya tetap alias kekal. Mari kita pelajari kedua jenis energi ini secara lebih mendalam
Bentuk dan sumber energi
Energi adalah sesuatu yang dibutuhkan oleh benda dapat melakukan usaha. Energi dapat hadir dalam berbagai bentuk. Lima bentuk utama energi: energi mekanik, energi kalor, energi kimia, energi elektromagnetik (listrik, magnet, cahaya) dan energi nuklir.
Energi dapat berubah bentuk. Peristiwa perubahan bentuk energi disebut konversi energi alat pelaku konversi energi disebut konverter energi
Sumber energi terbagi menjadi dua, yaitu sumber energi terbaharu dan tak terbaharui. Sumber energi terbaharui, contohnya : energi matahari, energi angin, energi air, dan energi gelombang, sedangkan energi tak terbaharui cotohnya : energi fosil (minyak bumi, batu bara) dan energi nuklir fisi.
Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya (atau kecepatannya). Nama energi kinetik diperkenalkan pertama kali oleh Lord Kelvin, fisikawan Inggris. Kata “kinetikos” berasal dari bahasa Yunani yang berarti “gerak”.
Kita telah mengetahui bahwa eenrgi kinetik bergantung pada masssa dan kelajuan benda. Sekarang mari kita turunkan rumus energi kinetik secara kuantitatif
Posisi awal posisi akhir
F F
V1 V2
∆x
Untuk mendapatkan definisi kuantitatif dari energi kinetik, mari kita bayangkan sebuah benda dengan massa m yang sedang bergerak pada garis lurus dengan kelajuan awal v1. Untuk mempercepat benda itu secara beraturan sampai laju v2, gaya konstan F diberikan padanya dengan arah yang sejajar dengan geraknya sejauh ∆x (lihat gambar). Kemudian kerja total yang dilakukan pada benda itu adalah W = F ∆x. Kita terapkan hukum Newton kedua, F = ma, dan gunakan persamaan v22 = v12 + 2a∆x, dengan v1 sebagai laju awal dan v2 laju akhir. Kita selesaikan untuk a dengan persamaan
v22 = v12 + 2a∆x
a = (v_2^2-v_1^2)/2∆x
kemudian kita substitusikan ke dalam F = ma, dan tentukan kerja yang dilakukan
W = F ∆x = ma ∆x = m∆x ((v_2^2-v_1^2)/2∆x)
Atau
W = 1/2mv22 - 1/2mv12 (teorema usaha-energi)
Kita definisikan besaran 1/2mv2 sebagai energi kinetik (EK) dari benda tersebut :
EK = 1/2mv2
Contoh soal
Sebuah bola baseball dengan massa 145 g dilempar dengan laju 25 m/s. (a) berapa energi kinetiknya ? (b) berapa kerja yang dilakukan pada benda untk mencapai laju ini, jikamdimulai dari keadaan diam ?
Penyelesaian
Energi kinetiknya adalah
Ek = 1/2mv2 = 1/2(0,145 kg)(25 m/s)2 = 45 J
Karena energi kinetik awal adalah nol, kerja total yang dilakukan sama dengan energi kinetik akhir, 45 J
Energi potensial gravitasi
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat untuk benda yang berpindah dari posisi 1 dengan ketinggian h1 ke posisi 2 degnan ketinggian h2 adalah : W = - mg (h2-h1). Gaya berat termasuk gay konsernatif sehingga usaha yang dilakukannya memenuhi persamaan : W = -∆Ep = - (Ep2 – Ep1). Jika kedua persamaan usaha ini kita samakan, kita peroleh:
- (Ep2 – Ep1) = - mg (h2-h1)
Ep2 – Ep1 = mgh2 - mgh1
Dengan memperhatikan ruas kiri dan ruas kanan persamaan tersebut, kita peroleh Ep2 = mgh2 dan Ep1 = mgh 1. Secara umum kita dapat menyatakan
Ep = mgh
Daya
Daya didefinisikan sebagai laju usaha dilakukan atau besar usaha per satuan waktu. Jadi, daya (lambang P) dihitung dengan membagi usaha (W) yag dilakukan terhadap selang waktu (t) melakukan usaha.
Daya= usaha/waktu⟺ P = W/t
Karena usaha = gaya x perpindahan (W = F ∆x) maka persamaan diatas dapat kita tulis
P =(F∆x )/t = F (∆x/t)
Karena perpindahan (∆x) dibagi selang waktu (t) sama dengan kecepatan rata-rata (v ̅ ), maka kita peroleh
P = F v ̅
Satuan usaha dalam SI adalah joule , sedangkan satuan waktu adalah sekon. Sesuai dengan persamaan diatas, satuan SI untuk daya adalah
Satuan daya = joule/sekon
Satuan daya dalam SI diberi nama watt (disingkat W) untuk menghormati James Watt ( 1734-18-19), seorang ahli permesinan asal Skotlandia yaang berhasil menemukan mesin uap . dengan demikian,
1 watt = (1 joule)/(1 sekon)
Dalam keseharian, khususnya dalam peralatan teknik, seperti pompa, mesin-mesin mobil dan motor, dayanya dinyatakan dalam daya kuda atau horse powe (disingkat hp)
1 hp = 746 W
Untuk memudahkan perhitungan dalam soal, konversi di atas sering dibulatkan, 1 hp = 750 W
Hukum kekekalan energi mekanik
Kita awali pembahasan hukum kekekalan energi mekanik dengan mnenurunkannya secara kuantitatif. Dari teorema usaha-energi kita peroleh
W = ∆Ek
Usaha oleh gaya resultan W aadalah usaha yang dilakukan oleh gaya-gaya konservatif, Wk, dan gaya-gaya tak konservatif, Wtk, sehingga
Wk + Wtk = ∆Ek
Jika pada sistem hanya bekerja gaya konservatif, Wtk = 0, dan persamaan tersebut menjadi
Wk + 0 = ∆Ek → Wk = ∆Ek
Telah kita ketahui bahwa Wk = -∆Ep, sehingga -∆Ep = ∆Ek atau ∆Ep + ∆Ek = 0. Jumlah ∆Ep +∆Ek sama dengan ∆Em, sehingga dapat kita tulis
∆Ep = Emakhir – Emawal = 0
Emakhir = Emawal
Energi mekanik Em = Ep + Ek, sehingga dapat juga kita tulis
Ekakhir + Ekawal = Epakhir + Epawal
Persamaan diatas dikenal dengan sebutan hukum kekekalan energi mekanik, yang merupakan asal mula pernyataan “gaya konservatif”.
Hukum ini berbunyi seabgai berikut
Jika pada suatu sistem hanya bekerja di bawah gaya-gaya yang bersifat konservatif (tidak bekerja gaya luar dan gaya dalam tak konservatf), energi mekanik sistem pada posisi apa saja sealalu tetap (kekal). Artinya, energi mekanik sistem pada posisi akhir sama dengan energi mekanik sisitem pada posisi awal.
Tujuan :
Siswa mampu membuktikan bahwa usaha adalah hasil kali gaya dan perpindahan secara matematis dari hukum II Newton
Siswa mampu membuktikan bahwa energi mekanik tersusun dari energi potensial dan energi kinetik
Siswa mampu membandingkan kesetaraan energi potensial gravitasi dan energi potensial listrik
Siswa dapat menerapakan rumusan usaha dan energi kinetik dalam memecahkan masalah sehari-hari
Pendahuluan
Masalah dasar dalam dinamika partikel adalah bagaimana menentukan gerak partikel jika diketahui gaya yang bekerja padanya. Yang dimaksud dengan “bagaimana menentukan gerak partikel” adalah bagaimana perubahan posisi terhadap waktu. Jika geraknya alam satu dimensi, persoalannya menjadi menentukan x sebagai fungsi dari waktu, x(t).
Dari hukum gaya yang sesuai, kita tentukan gaya resultan gaya resultan F yang beekrja pada partikel, kemudian gaya F ini dan massa m disubstitusikan ke dalam hukum gerak Newton yang kedua. Dari sini diperoleh percepatan partikel a, yaitu
a = F/m
jika gaya F dan massa m konstan, maka percepatan a akan konstan juga. Bila dipilih sumbu-x dalam arah percepatan konstan ini, maka dapat ditentukan laju partikel melalui persamaan
v = vo + at
dan posisi partikel dapat diperoleh dari persamaan (dengan xo=0)
x = vot + 1/2at^2
Cara yang biasa digunakan untuk menentukan gerak partikel yang dikenai gaya demikian membawa kita pada konsep usaha (work) dan tenagamkonetik (kinetic energy) dan kepada pengembangan teorema usaha-energi.
Usaha, daya dan energi
Usaha
Sebagai suatu besaran Fisika, “usaha” dalam fisika memiliki pengertian yang khas. Usaha dalam fisika hanya dilakuka oleh gaya yang bekerja pada benda dan suatu gaya dikatakan melakukan usaha pada benda hanya jika gaya tersebut menyebabkan benda berpindah.
Di SMP Anda telah mengetahui bahwa usaha berhubungan dengan gaya dan perpindahan. Usaha (diberi lambang W, dari bahasa inggris work) didefinisikan sebagai hasil kali komponen gaya searah perpindahan (Fx) dengan besr perpindahannya (∆x). Secara matematis, definisi ini ditulis dengan rumus
W = Fx ∆x
(bedakan antara lambang huruf besar W, yang menyatakan usaha dan lambang huruf kecil w, yang menyatakan gaya berat benda).
Gaya F searah dengan perpindahan ∆x: usaha W = F ∆x
Awal Akhir
F
∆x
Gaya F membentuk sudut θ
Awal F Akhir
θ Fx
∆x
Untuk gaya (F) searah dengan perpindahan (∆x), Fx = F sehingga usaha (W) dapat dinyatakan sebagai
W = F ∆x
Untuk gaya (F) membentuk sudut θ terhadap perpindahan ∆x, Fx = F cos θ, maka
W = F ∆x cos θ
dengan 0 ≤ θ ≤ 〖180〗^o adalah sudut terkecil antara F dan ∆x
Satuan dari usaha
satuan usaha dalam SI dapat kita turunkan dari persamaan W = F ∆x. Satuan gaya (F) adalah newton dan satuan dari perpindahan (∆x) adalah meter, sehingga
satuan usaha = (newton)(meter)
satuan usaha dalam SI diberi nama joule (disingkat J) untuk menghormati James Prescott Joule. Dengan demikian kita peroleh hubungan satuan
1 joule = 1 newton meter
Dari hubungan ini kita dapat mendefinisikan satu joule sebagai berikut
satu joule (1 J) adalah besar usaha yang dilakukan oleh gaya satu newton untuk memindahkan suatu benda searah gaya sejauh satu meter.
Contoh soal
Seorang anak menarik sebuah balok dengan seutas tali dengan gaya tarik 25 N (lihat gambar). Balok berpindah sejauh 8 m.
F
37o
Tentukan usaha yang dilakukan anak itu :
Jika tali sejajar dengan jalan mendatar
Jika tali membentuk sudut 37o terhadap jalan mendatar
Strategi :
Tentukan usaha dengan menggunakan persamaan W = F ∆x cos θ. Untuk pertanyaan (a) θ= 0o ↔ cos θ = cos 0o = 1. Untuk pertanyaan (b) θ = 37o ↔ cos 37o = 0,8.
Jawab:
Gaya tarik F = 25 N, perpindahan ∆x = 8 m
W = F ∆x cos θ
= (25 N)(8 m)(1) = 200 J
W = (25 N)(8 m) (0,8) = 160 J
Usaha oleh gaya pegas
Gambar usaha yang dilakukan oleh gaya pegas F = kx untuk benda berpindah dari posisi (1) ke posisi (2) adalh Wpegas = 1/2k (x22-x12)
Fp = kx
Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya pegas, Fp,ketika benda berpindah dari posisi (1) dengan simpangan x1 ke posisi (2) dengan simpangan x2 ? karena gaya Fp berlawanan dengan perpindahan ∆x, maka
W1,2 = Fp ∆x ⟺ W1,2 = -kx ∆x
Dengan menggunakan integral, maka
W1,2 = ∫_(x_1)^(x_2)▒〖-kx〗 = - k ∫_(x_1)^(x_2)▒〖x dx〗 = - k [x^2/2]_(x_1)^(x_2 )
= -1/2 k(x_2^2-x_1^2 )
Wpegas = -1/2 k(x_2^2-x_1^2 )
Energi
Segala sesuatu yang kita lakukan dalam kehidupan sehari-hari membutuhkan energi. Untuk bertahan hidup kita membutuhkan energi yang diperoleh dari makanan. Setiap kendaraan membutuhkan energi untuk bergerak dan energi itu diperoleh dari bahan bakar. Hewan juga membutuhkan energi untuk hidup, sebagaimana manusia dan tumbuhan.
Energi merupakan salah satu konsep yang paling penting dalam fisika. Konsep yang sangat erat kaitannya dengan usaha adalah konsep energi. Secara sederhana, energi merupakan kemampuan melakukan usaha. Definisi yang sederhana ini sebenarnya kurang tepat atau kurang valid untuk beberapa jenis energi (misalnya energi panas atau energi cahaya tidak dapat melakukan kerja). Definisi tersebut hanya bersifat umum. Secara umum, tanpa energi kita tidak dapat melakukan kerja. Sebagai contoh, jika kita mendorong sepeda motor yang mogok, usaha alias kerja yang kita lakukan menggerakan sepeda motor tersebut. Pada saat yang sama, energi kimia dalam tubuh kita menjadi berkurang, karena sebagian energi kimia dalam tubuh berubah menjadi energi kinetik sepeda motor. Usaha dilakukan ketika energi dipindahkan dari satu benda ke benda lain. Contoh ini juga menjelaskan salah satu konsep penting dalam sains, yakni kekekalan energi. Jumlah total energi pada sistem dan lingkungan bersifat kekal alias tetap. Energi tidak pernah hilang, tetapi hanya dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi lain.
Dalam kehidupan sehari-hari terdapat banyak jenis energi. Energi kimia pada bahan bakar membantu kita menggerakan kendaraan, demikian juga energi kimia pada makanan membantu makhluk hidup bertahan hidup dan melakukan kerja. Dengan adanya energi listrik, kita bisa menonton TV atau menyalakan komputer sehingga bisa bermain game sepuasnya. Ini hanya beberapa contoh dari sekian banyak jenis energi dalam kehidupan kita. Misalnya ketika kita menyalakan lampu neon, energi listrik berubah menjadi energi cahaya. Energi listrik juga bisa berubah menjadi energi panas (setrika listrik), energi gerak (kipas angin) dan sebagainya. Banyak sekali contoh dalam kehidupan kita, dirimu bisa memikirkan contoh lainnya. Secara umum, energi bermanfaat bagi kita ketika energi mengalami perubahan bentuk, misalnya energi listrik berubah menjadi energi gerak (kipas angin), atau energi kimia berubah menjadi energi gerak (mesin kendaraan).
Pada kesempatan ini kita akan mempelajari dua jenis energi yang sebenarnya selalu kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, yakni energi potensial dan energi kinetik translasi. Energi potensial dapat berubah bentuk menjadi energi kinetik ketika benda bergerak lurus dan sebaliknya energi kinetik juga bisa berubah bentuk menjadi energi potensial. Total kedua energi ini disebut energi mekanik, yang besarnya tetap alias kekal. Mari kita pelajari kedua jenis energi ini secara lebih mendalam
Bentuk dan sumber energi
Energi adalah sesuatu yang dibutuhkan oleh benda dapat melakukan usaha. Energi dapat hadir dalam berbagai bentuk. Lima bentuk utama energi: energi mekanik, energi kalor, energi kimia, energi elektromagnetik (listrik, magnet, cahaya) dan energi nuklir.
Energi dapat berubah bentuk. Peristiwa perubahan bentuk energi disebut konversi energi alat pelaku konversi energi disebut konverter energi
Sumber energi terbagi menjadi dua, yaitu sumber energi terbaharu dan tak terbaharui. Sumber energi terbaharui, contohnya : energi matahari, energi angin, energi air, dan energi gelombang, sedangkan energi tak terbaharui cotohnya : energi fosil (minyak bumi, batu bara) dan energi nuklir fisi.
Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya (atau kecepatannya). Nama energi kinetik diperkenalkan pertama kali oleh Lord Kelvin, fisikawan Inggris. Kata “kinetikos” berasal dari bahasa Yunani yang berarti “gerak”.
Kita telah mengetahui bahwa eenrgi kinetik bergantung pada masssa dan kelajuan benda. Sekarang mari kita turunkan rumus energi kinetik secara kuantitatif
Posisi awal posisi akhir
F F
V1 V2
∆x
Untuk mendapatkan definisi kuantitatif dari energi kinetik, mari kita bayangkan sebuah benda dengan massa m yang sedang bergerak pada garis lurus dengan kelajuan awal v1. Untuk mempercepat benda itu secara beraturan sampai laju v2, gaya konstan F diberikan padanya dengan arah yang sejajar dengan geraknya sejauh ∆x (lihat gambar). Kemudian kerja total yang dilakukan pada benda itu adalah W = F ∆x. Kita terapkan hukum Newton kedua, F = ma, dan gunakan persamaan v22 = v12 + 2a∆x, dengan v1 sebagai laju awal dan v2 laju akhir. Kita selesaikan untuk a dengan persamaan
v22 = v12 + 2a∆x
a = (v_2^2-v_1^2)/2∆x
kemudian kita substitusikan ke dalam F = ma, dan tentukan kerja yang dilakukan
W = F ∆x = ma ∆x = m∆x ((v_2^2-v_1^2)/2∆x)
Atau
W = 1/2mv22 - 1/2mv12 (teorema usaha-energi)
Kita definisikan besaran 1/2mv2 sebagai energi kinetik (EK) dari benda tersebut :
EK = 1/2mv2
Contoh soal
Sebuah bola baseball dengan massa 145 g dilempar dengan laju 25 m/s. (a) berapa energi kinetiknya ? (b) berapa kerja yang dilakukan pada benda untk mencapai laju ini, jikamdimulai dari keadaan diam ?
Penyelesaian
Energi kinetiknya adalah
Ek = 1/2mv2 = 1/2(0,145 kg)(25 m/s)2 = 45 J
Karena energi kinetik awal adalah nol, kerja total yang dilakukan sama dengan energi kinetik akhir, 45 J
Energi potensial gravitasi
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat untuk benda yang berpindah dari posisi 1 dengan ketinggian h1 ke posisi 2 degnan ketinggian h2 adalah : W = - mg (h2-h1). Gaya berat termasuk gay konsernatif sehingga usaha yang dilakukannya memenuhi persamaan : W = -∆Ep = - (Ep2 – Ep1). Jika kedua persamaan usaha ini kita samakan, kita peroleh:
- (Ep2 – Ep1) = - mg (h2-h1)
Ep2 – Ep1 = mgh2 - mgh1
Dengan memperhatikan ruas kiri dan ruas kanan persamaan tersebut, kita peroleh Ep2 = mgh2 dan Ep1 = mgh 1. Secara umum kita dapat menyatakan
Ep = mgh
Daya
Daya didefinisikan sebagai laju usaha dilakukan atau besar usaha per satuan waktu. Jadi, daya (lambang P) dihitung dengan membagi usaha (W) yag dilakukan terhadap selang waktu (t) melakukan usaha.
Daya= usaha/waktu⟺ P = W/t
Karena usaha = gaya x perpindahan (W = F ∆x) maka persamaan diatas dapat kita tulis
P =(F∆x )/t = F (∆x/t)
Karena perpindahan (∆x) dibagi selang waktu (t) sama dengan kecepatan rata-rata (v ̅ ), maka kita peroleh
P = F v ̅
Satuan usaha dalam SI adalah joule , sedangkan satuan waktu adalah sekon. Sesuai dengan persamaan diatas, satuan SI untuk daya adalah
Satuan daya = joule/sekon
Satuan daya dalam SI diberi nama watt (disingkat W) untuk menghormati James Watt ( 1734-18-19), seorang ahli permesinan asal Skotlandia yaang berhasil menemukan mesin uap . dengan demikian,
1 watt = (1 joule)/(1 sekon)
Dalam keseharian, khususnya dalam peralatan teknik, seperti pompa, mesin-mesin mobil dan motor, dayanya dinyatakan dalam daya kuda atau horse powe (disingkat hp)
1 hp = 746 W
Untuk memudahkan perhitungan dalam soal, konversi di atas sering dibulatkan, 1 hp = 750 W
Hukum kekekalan energi mekanik
Kita awali pembahasan hukum kekekalan energi mekanik dengan mnenurunkannya secara kuantitatif. Dari teorema usaha-energi kita peroleh
W = ∆Ek
Usaha oleh gaya resultan W aadalah usaha yang dilakukan oleh gaya-gaya konservatif, Wk, dan gaya-gaya tak konservatif, Wtk, sehingga
Wk + Wtk = ∆Ek
Jika pada sistem hanya bekerja gaya konservatif, Wtk = 0, dan persamaan tersebut menjadi
Wk + 0 = ∆Ek → Wk = ∆Ek
Telah kita ketahui bahwa Wk = -∆Ep, sehingga -∆Ep = ∆Ek atau ∆Ep + ∆Ek = 0. Jumlah ∆Ep +∆Ek sama dengan ∆Em, sehingga dapat kita tulis
∆Ep = Emakhir – Emawal = 0
Emakhir = Emawal
Energi mekanik Em = Ep + Ek, sehingga dapat juga kita tulis
Ekakhir + Ekawal = Epakhir + Epawal
Persamaan diatas dikenal dengan sebutan hukum kekekalan energi mekanik, yang merupakan asal mula pernyataan “gaya konservatif”.
Hukum ini berbunyi seabgai berikut
Jika pada suatu sistem hanya bekerja di bawah gaya-gaya yang bersifat konservatif (tidak bekerja gaya luar dan gaya dalam tak konservatf), energi mekanik sistem pada posisi apa saja sealalu tetap (kekal). Artinya, energi mekanik sistem pada posisi akhir sama dengan energi mekanik sisitem pada posisi awal.
modul dasar listrik dan elektronika 1
I. TEORI KELISTRIKAN
Tujuan Pembelajaran
1. Siswa dapat mengetahui dan memahami teori dasar kelistrikan
2. Siswa mampu membedakan antara tegangan, arus dan hambatan (resistansi)
Teori dasar
I.1. Teori elektron dan teori atom
A. Teori Elektron
Teori Elektron dikemukakan oleh Democretos, yang mengatakan :
“Jika suatu benda/Zat (padat, cair, gas) dibagi-bagi menjadi bagian yang terkecil dan bagian tersebut masih memiliki sifat asalnya disebut molekul. Kemudian jika molekul tersebut terus dibagi-bagi menjadi bagian yang sangat kecil sekali, dan bagian tersebut tidak memiliki sifat asalnya, disebut atom.”
Atom berasal dari kata Yunani yang berarti tidak dapat dibagi-bagi lagi.
A = tidak sedangkan tomos = dibagi-bagi.
Jadi Atom adalah bagian yang terkecil dari suatu molekul yang tidak dapat dibagi-bagi lagi menurut reaksi kimia biasa.
Sedangkan molekul adalah bagian yang terkecil dari suatu benda yang masih memiliki sifat asalnya.
B. Teori Atom
Atom terdiri dari sebuah inti atom (nukleus) yang disusun oleh proton (partikel penyusun atom yang bermuatan positif ) dan netron (partikel penyusun atom yang tidak bermuatan (netral)), dan dikelilingi oleh elektron-elektron (partikel penyusun atom yang bermuatan negatif).
Sebuah atom dikatakan netral apabila jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti atom tersebut.
Atom netral jika diambil/dikurangi satu atau lebih elektronnya, maka atom tersebut tidak berkesetimbang (netral) lagi, karena kekurangan elektron. Atom yang kekurangan elektron akan bermuatan positip, disebut Ion Positip.
Atim netral jika ditambahkan satu atau lebih elektronnya, maka atom tersebut tidak berkesetimbang (netral) lagi, karena kelebihan elektron. Atom yang kelebihan elektron akan bermuatan negatip, disebut Ion Negatip
Elektron bebas = Elektron Valensi adalah elektron-elektron yang berada pada lintasan kulit atom terluar.
Gambar 1.1 : Model atom dalam bentuk 3 dimensi
Gambar 1.2 : Model atom Bohr
C. Listrik
Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik, dapat juga diartikan sebagai berikut:
• Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.
• Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.
Ada 2 jenis muatan listrik: positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Besarnya gaya menarik dan menolak ini ditetapkan oleh hukum Coulomb. Beberapa efek dari listrik didiskusikan dalam fenomena listrik dan elektromagnetik.
Satuan unit SI dari muatan listrik adalah coulomb, yang memiliki singkatan "C". Simbol Q digunakan dalam persamaan untuk mewakili kuantitas listrik atau muatan. Contohnya, "Q=0,5 C" berarti "kuantitas muatan listrik adalah 0,5 coulomb".
Jika listrik mengalir melalui bahan khusus, misalnya dari wolfram dan tungsten, cahaya pijar akan dipancarkan oleh logam itu. Bahan-bahan seperti itu dipakai dalam bola lampu (bulblamp atau bohlam).
Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat. Sifat ini dipakai pada elemen setrika dan kompor listrik.
Listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. Dengan listrik arus searah jika kita memegang hanya kabel positif (tapi tidak memegang kabel negatif), listrik tidak akan mengalir ke tubuh kita (kita tidak terkena strum). Demikian pula jika kita hanya memegang saluran negatif.
Dengan listrik arus bolak-balik, Listrik bisa juga mengalir ke bumi (atau lantai rumah). Hal ini disebabkan oleh sistem perlistrikan yang menggunakan bumi sebagai acuan tegangan netral (ground). Acuan ini, yang biasanya di pasang di dua tempat (satu di ground di tiang listrik dan satu lagi di ground di rumah). Karena itu jika kita memegang sumber listrik dan kaki kita menginjak bumi atau tangan kita menyentuh dinding, perbedaan tegangan antara kabel listrik di tangan dengan tegangan di kaki (ground), membuat listrik mengalir dari tangan ke kaki sehingga kita akan mengalami kejutan listrik ("terkena strum").
Listrik dapat disimpan, misalnya pada sebuah aki atau batere. Listrik yang kecil, misalnya yang tersimpan dalam batere, tidak akan memberi efek setrum pada tubuh. Pada aki mobil yang besar, biasanya ada sedikit efek setrum, meskipun tidak terlalu besar dan berbahaya. Listrik mengalir dari kutub positif batere/aki ke kutub negatif.
I.2. Tegangan, arus dan hambatan (resistansi)
A. Tegangan
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.
V= I .R
Satuan Tegangan Listrik atau potensial listrik dinyatakan dalam Volt ( V ).
1 Volt = 1000 mili Volt ( m V )
1 mV = 1000 mikro Volt ( u V )
1 Kilo Volt = 1 KV = 1000 Volt
1 Mega Volt = 1 MV = 1000 KV
Voltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur besarnya tegangan listrik.
B. Arus
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.
I = Q/T
Pada zaman dulu, Arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif, sekalipun kita sekarang tahu bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron yang bermuatan negatif ke arah yang sebaliknya.
Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).
Sumber Arus Listrik
Sumber arus listrik adalah penghasil arus listrik. Sumber arus listrik ada 2 macam :
1. Sumber arus listrik searah ( DC = Direct Current )
Yaitu sumber arus listrik yang tidak berubah fasenya.
Contoh Sumber arus listrik searah ( DC ) :
1. Batere/Baterai ( elemen kering )
2. Accumulator ( aki = accu ) (elemen basah )
3. Elemen Volta ( elemen basah )
4. Solar sel
5. Dinamo DC atau Generator DC
6. Adaptor AC ke DC : a. Adaptor Sistem Perata Tunggal, b. Adaptor Sistem Cabang Tengah, c. Adaptor Sistem jembatan, d. Adaptor Sistem Dwi Kutub
2. Sumber arus listrik bolak balik ( AC = Alternating Current )
Yaitu sumber arus listrik yang berubah-ubah fasenya setiap saat, jangka waktu tertentu mengalir ke satu arah,dan waktu yang lainnya kearah yang lain.
Contoh sumber arus listrik bolak balik ( AC )
1. Generator AC
2. Jala-jala PLN yang dihasilkan oleh : PLTA, PLTU, PLTP, PLTN, dll.
3. Inverter DC ke AC
Amperemeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur besarnya arus listrik .
C. Hambatan (Resistansi)
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:
R = V/I
di mana V adalah tegangan dan I adalah arus.
Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R).
Ohmmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur besarnya hambatan listrik / resistansi.
Hukum Muatan Listrik
1. Jika ada dua benda bermuatan sejenis saling berdekatan (positif dengan positif atau negatif dengan negatif), maka akan terjadi tolak menolak.
2. Jika ada dua benda bermuatan tak sejenis saling didekatkan akan terjadi tolak menolak.
Kedua Hukum diatas dapat disimpulkan bahwa :
1. Muatan sejenis akan tolakmenarik
2. Muatan tak sejenis akan tarik menarik
II. KOMPONEN ELEKTRONIKA
Tujuan Pembelajaran
1. Siswa dapat mengetahui perbedaan konduktor, isolator dan semikonduktor
2. Siswa dapat mengetahui macam-macam komponen elektronika.
3. Siswa dapat menghitung nilai dari resistor.
4. Siswa dapat membedakan komponen pasif dan komponen aktif
Teori dasar
2.1. Konduktor, isolator dan Semikonduktor
kemampuan suatu bahan untuk memindahkan muatan listrik, dapat dibagi dalam 3 kelompok yaitu konduktor, isolator dan semikonduktor.
A. Konduktor (Penghantar)
Yaitu benda atau bahan yang dapat memindahkan muatan listrik
Sifat konduktor antara lain:
a). mempunyai banyak elektron bebas.
Elektron bebas yaitu elektron-elektron yang berada pada lintasan terluar dari
Struktur atom.
b). elektron-elektron pada atom mudah berpindah dari lintasan yang dalam ke lintasan terluar.
c). Biasanya mudah mengantar panas/kalor seperti : besi, emas, perak, tembaga
aluminium, kuningan dan lain-lain.
Benda cair: larutan elektrolit ( H2SO4 ), air ( H2O )
Tubuh manusia, tanah dan sebagainya.
B. Isolator (Penyekat)
Adalah benda atau bahan yang tidak dapat memindahkan muatan listrik.
Sifat dari isolator antara lain :
a). Ikatan elektron pada intinya sangat kuat. (tidak ada elektron bebas).
b). Sulit menghantar panas/kalor.
C. Semikonduktor
Adalah benda atau zat yang kurang baik untuk konduktor dan tidak sempurna sebagai isolator.
Contoh:
b. Silikon
c. Germanium
Kedua bahan tersebut biasa dipakai untuk membuat komponen seperti :
1. Dioda
2. Transistor
3. IC (Integrated Circuit = Rangkaian yang dimampatkan/terpadu).
4. Micro chip.
2.2. Komponen elektronika
Komponen Elektronika biasanya sebuah alat berupa benda yang menjadi bagian pendukung suatu rangkaian elektronik yang dapat bekerja sesuai dengan kegunaannya. Mulai dari yang menempel langsung pada papan rangkaian baik berupa PCB, CCB, Protoboard maupun Veroboard dengan cara disolder atau tidak menempel langsung pada papan rangkaian (dengan alat penghubung lain, misalnya kabel).
Komponen elektronika ini terdiri dari satu atau lebih bahan elektronika, yang terdiri dari satu atau beberapa unsur materi dan jika disatukan, dipanaskan, ditempelkan dan sebagainya akan menghasilkan suatu efek yang dapat menghasilkan suhu atau panas, menangkap atau menggetarkan materi, merubah arus, tegangan, daya listrik dan lainnya.
Gambar 2.1 : Beberapa komponen elektronika
Komponen elektronika dibagi menjadi dua, yaitu komponen aktif dan komponen pasif.
A. Komponen aktif adalah komponen elektronika yang bila dialiri aliran listrik atau signal akan menghasilkan tenaga. Contohnya adalah Dioda Semikonduktor, Transistor, Intergrated Circuit (IC).
B. Komponen pasif adalah komponen-komponen elektronika yang tidak dapat menghasilkan tenaga apabila di aliri aliran listrik. Contohnya adalah hambatan (Resistor), Kapasitor (kondensator),dan sebagainya.
2.3. Jenis Komponen Elektronika
A. Resistor
Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan seperti tembaga, perak, emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan-bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, yaitu bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron sehingga disebut sebagai isolator.
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor, arus listrik dapat didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).
Di dalam rangkaian elektronika, resistor dilambangkan dengan huruf “R“. Dilihat dari bahannya, ada beberapa jenis resistor yang ada dipasaran antara lain : Resistor Carbon, Wirewound, dan Metalfilm. Ada juga Resistor yang dapat diubah-ubah nilai resistansinya antara lain : Potensiometer, Rheostat dan Trimmer (Trimpot). Selain itu ada juga Resistor yang nilai resistansinya berubah bila terkena cahaya namanya LDR (Light Dependent Resistor) dan resistor yang nilai resistansinya akan bertambah besar bila terkena suhu panas yang namanya PTC (Positive Thermal Coefficient) serta resistor yang nilai resistansinya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas yang namanya NTC (Negative Thermal Coefficient).
Untuk resistor jenis carbon maupun metalfilm biasanya digunakan kode-kode warna sebagai petunjuk besarnya nilai resistansi (tahanan) dari resistor. Resistor ini mempunyai bentuk seperti tabung dengan dua kaki di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk cincin kode warna, kode ini untuk mengetahui besar resistansi tanpa harus mengukur besarnya dengan ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association).
Gambar 2.2 : Resistor karbon
Tabel 2.1. kode warna resistor
a). Cara membaca nilai resistor
Besaran resistansi suatu resistor dibaca dari posisi cincin yang paling depan ke arah cincin toleransi. Biasanya posisi cincin toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan posisi cincin yang pertama agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut. Kalau kita telah bisa menentukan mana cincin yang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.
Jumlah cincin yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 3 cincin (tidak termasuk cincin toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 cincin (tidak termasuk cincin toleransi). Cincin pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan cincin terakhir adalah faktor pengalinya.
Gambar 2.3 : Urutan cincin pada resistor
Misalnya resistor dengan cincin kuning, violet, merah dan emas. Cincin berwarna emas adalah cincin toleransi. Dengan demikian urutan warna cincin resistor ini adalah, cincin pertama berwarna kuning, cincin kedua berwarna violet dan cincin ke tiga berwarna merah. Cincin ke empat yang berwarna emas adalah cincin toleransi. Dari tabel 1.1 diketahui jika cincin toleransi berwarna emas, berarti resistor ini memiliki toleransi 5%. Nilai resistansinya dihitung sesuai dengan urutan warnanya. Pertama yang dilakukan adalah menentukan nilai satuan dari resistor ini. Karena resistor ini resistor 5% (yang biasanya memiliki tiga cincin selain cincin toleransi), maka nilai satuannya ditentukan oleh cincin pertama dan cincin kedua. Masih dari tabel 1.1, diketahui cincin kuning nilainya = 4 dan cincin violet nilainya = 7. Jadi cincin pertama dan ke dua atau kuning dan violet berurutan, nilai satuannya adalah 47. Cincin ketiga adalah faktor pengali, dan jika warna cincinnya merah berarti faktor pengalinya adalah 100. Sehingga dengan ini diketahui nilai resistansi resistor tersebut adalah nilai satuan x faktor pengali atau 47 x 100 = 4700 Ohm = 4,7K Ohm (pada rangkaian elektronika biasanya di tulis 4K7 Ohm) dan toleransinya adalah + 5%. Arti dari toleransi itu sendiri adalah batasan nilai resistansi minimum dan maksimum yang di miliki oleh resistor tersebut. Jadi nilai sebenarnya dari resistor 4,7k Ohm + 5% adalah :
4700 x 5% = 235
Jadi,
Rmaksimum = 4700 + 235 = 4935 Ohm
Rminimum = 4700 – 235 = 4465 Ohm
Apabila resistor di atas di ukur dengan menggunakan ohmmeter dan nilainya berada pada rentang nilai maksimum dan minimum (4465 s/d 4935) maka resistor tadi masih memenuhi standar. Nilai toleransi ini diberikan oleh pabrik pembuat resistor untuk mengantisipasi karakteristik bahan yang tidak sama antara satu resistor dengan resistor yang lainnya sehingga para desainer elektronika dapat memperkirakan faktor toleransi tersebut dalam rancangannya. Semakin kecil nilai toleransinya, semakin baik kualitas resistornya. Sehingga dipasaran resistor yang mempunyai nilai toleransi 1% (contohnya resistor metalfilm) jauh lebih mahal dibandingkan resistor yang mempunyai toleransi 5% (resistor carbon).
b). Macam resistor
Ada lima macam resistor yang kita kenal yaitu :
1. Resistor Karbon
2. Resistor Kompon
3. Resistor Kawat Gulung ( Wire Wound )
4. Resistor Serbuk Besi
5. Resistor Film Logam ( Metal Film )
Dilihat dari fungsinya, resistor dapat dibagi menjadi :
Resistor Tetap (Fixed Resistor)
Yaitu resistor yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon. Berfungsi sebagai pembagi tegangan, mengatur atau membatasi arus pada suatu rangkaian serta memperbesar dan memperkecil tegangan.
Resistor Tidak Tetap (variable resistor)
Yaitu resistor yang nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut, sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesuai dengan kebutuhan. Berfungsi sebagai pengatur volume (mengatur besar kecilnya arus), tone control pada sound system, pengatur tinggi rendahnya nada (bass/treble) serta berfungsi sebagai pembagi tegangan arus dan tegangan.
Resistor NTC dan PTC.
NTC (Negative Temperature Coefficient), yaitu resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas. Sedangkan PTC (Positive Temperature Coefficient), yaitu resistor yang nilainya akan bertambah besar bila temperaturnya menjadi dingin.
Resistor LDR
LDR (Light Dependent Resistor) yaitu jenis resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila terkena cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan bila terkena cahaya terang nilainya menjadi semakin kecil.
B. Kapasitor (Kondensator)
Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf “C” adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut.
Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.
Gambar 2.4 : Skema kapasitor
a). Kapasitansi
Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :
Q = C V
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farad)
V = besar tegangan dalam V (volt)
Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumus dapat di tulis sebagai berikut :
C = (8.85 x 10-12) (k A/t)
Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan.
Tabel. 2.2. Konstanta dielektrik bahan kapasitor
Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farad adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasaran memiliki satuan : µF, nF dan pF.
1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad)
1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad)
1 µF = 1.000 nF (nano Farad)
1 nF = 1.000 pF (piko Farad)
1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro Farad)
1 µF = 10-6 F
1 nF = 10-9 F
1 pF = 10-12 F
Konversi satuan penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0.047µF dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF.
Kapasitor diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.
Gambar 2.5 : Lambang kapasitor yang mempunyai kutub
Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan
berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut kapasitor (capacitor).
Gambar 2.6 : Lambang kapasitor yang tidak mempunyai kutub
Adapun cara memperbesar kapasitansi kapasitor atau kondensator dengan jalan:
1. Menyusunnya berlapis-lapis.
2. Memperluas permukaan variabel.
3. Memakai bahan dengan daya tembus besar.
Untuk kapasitor polyester nilai kapasitansinya bisa diketahui berdasarkan warna seperti pada resistor.
Tabel 2.3. Kode warna kapasitor
Contoh cara membaca kapasitor
Seperti komponen lainnya, besar kapasitansi nominal ada toleransinya. Pada tabel 2.3 diperlihatkan nilai toleransi dengan kode-kode angka atau huruf tertentu. Dengan tabel tersebut pemakai dapat dengan mudah mengetahui toleransi kapasitor yang biasanya tertera menyertai nilai nominal kapasitor. Misalnya jika tertulis 104 X7R, maka kapasitansinya adalah 100nF dengan toleransi +/-15%. Sekaligus diketahui juga bahwa suhu kerja yang direkomendasikan adalah antara -55Co sampai +125Co .
Dari penjelasan di atas bisa diketahui bahwa karakteristik kapasitor selain kapasitansi juga tak kalah pentingnya yaitu tegangan kerja dan temperatur kerja. Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja dengan baik. Misalnya kapasitor 10uF25V, maka tegangan yang bisa diberikan tidak boleh melebihi 25 volt dc. Umumnya kapasitor-kapasitor polar bekerja pada tegangan DC dan kapasitor non-polar bekerja pada tegangan AC. Sedangkan temperatur kerja yaitu batasan temperatur dimana kapasitor masih bisa bekerja dengan optimal. Misalnya jika pada kapasitor tertulis X7R, maka kapasitor tersebut mempunyai suhu kerja yang direkomendasikan antara -55Co sampai +125Co. Biasanya spesifikasi karakteristik ini disajikan oleh pabrik pembuat di dalam datasheet.
b). Rangkaian kapasitor
Rangkaian kapasitor secara seri akan mengakibatkan nilai kapasitansi total semakin kecil. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara seri.
Gambar 2.7 : Rangkaian seri kapasitor
Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku rumus :
Rangkaian kapasitor secara paralel akan mengakibatkan nilai kapasitansi pengganti semakin besar. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara paralel.
Gambar 2.8 : Rangkaian Paralel kapasitor
Pada rangkaian kapasitor paralel berlaku rumus :
Ctotal = C1 + C2 + C3
c). Fungsi kapasitor
Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian :
1. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain (pada PS = Power Supply)
2. Sebagai filter dalam rangkaian PS
3. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna
4. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon
5. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar
d). Macam-macam kapasitor
Berdasarkan kegunaannya kapasitor dibagi menjadi 3 yaitu :
1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah)
2. Kondensator elektrolit (Electrolit Condenser = Elco)
3. Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah)
Berdasarkan bahan dielektrik
1. Kapasitor Electrostatic : Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa uF, yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainnya.
Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar.
2. Kapasitor Electrolytic : Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan - di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda dan kutup negatif katoda.
Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah Aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco.
3. Kapasitor Electrochemical : Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular.
C. Dioda
Dioda adalah komponen semiconductor yang paling sederhana, ia terdiri atas dua elektroda yaitu katoda dan anoda.Ujung badan dioda biasanya diberi bertanda, berupa gelang atau berupa titik, yang menandakan letak katoda.
Dioda hanya bisa dialiri arus DC searah saja, pada arah sebaliknya arus DC tidak akan mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC ialah arus listrik dari PLN, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC.
Bila anoda diberi potensial positif dan katoda negatif, dikatakan dioda diberi forward bias dan bila sebaliknya, dikatakan dioda diberi reverse bias. Pada forward bias, perbedaan voltage antara katoda dan anoda disebut threshold voltage atau knee voltage. Besar voltage ini tergantung dari jenis diodanya, bisa 0.2V, 0.6V dan sebagainya.
Bila dioda diberi reverse bias (yang beda voltagenya tergantung dari tegangan catu) tegangan tersebut disebut tegangan terbalik. Tegangan terbalik ini tidak boleh melampaui harga tertentu, harga ini disebut breakdown voltage, misalnya dioda type 1N4001 sebasar 50V. Dioda jenis germanium misalnya type 1N4148 atau 1N60 bila diberikan forward bias dapat meneruskan getaran frekuensi radio dan bila forward bias dihilangkan, akan memblok getaran frekuensi radio tersebut. Adanya sifat ini, dioda jenis tersebut digunakan untuk switch.
Gambar 2.9 : (a) Dioda dan (b) simbol dioda
a). Macam-macam dioda
1. Dioda Zener adalah suatu dioda yang mempunyai sifat bahwa tegangan terbaliknya sangat stabil, tegangan ini dinamakan tegangan zener. Di atas tegangan zener, dioda ini akan menghantar listrik ke dua arah. Dioda ini digunakan sebagai voltage stabilizer atau voltage regulator. Bentuk dioda ini seperti dioda biasa, perbedaan hanya dapat dilihat dari type yang tertulis pada bodynya dan zener voltage dilihat pada vademicum.
Gambar 2.10 : Simbol dioda zener
2. Light Emiting Diode (LED), yaitu suatu dioda yang dapat mengeluarkan cahaya bila diberikan forward bias. Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai indikator dan display. Misalnya dapat digunakan untuk seven segmen (display angka).
Gambar 2.11 : Gambar dan simbol LED
3. Dioda foto mempunyai sifat lain lagi, yang berkebalikan dengan LED ialah akan menghasilkan arus listrik bila terkena cahaya. Besarnya arus listrik tergantung dari besarnya cahaya yang masuk.
4. Dioda Kapasiansi Variabel yang disebut juga dioda varicap atau dioda varactor. Sifat dioda ini ialah bila dipasangkan menurut arah terbalik akan berperan sebagai kondensator. Kapasitansinya tergantung pada tegangan yang masuk. Dioda jenis ini banyak digunakan pada modulator FM dan juga pada VCO suatu PLL (Phase Lock Loop).
5. Dioda bridge adalah dioda silicon yang dirangkai menjadi suatu bridge dan dikemas menjadi satu kesatuan komponen. Di pasaran terjual berbagai bentuk diodabridge dengan berbagai macam kapasitasnya. Ukuran dioda
bridge yang utama adalah voltage dan ampere maksimumnya.
Gambar 2.12 : Dioda bridge
Banyak sekali penggunaan dioda dan secara umum dioda dapat digunakan antara lain untuk : pengaman, penyearah, voltage regulator, modulator, pengendali frekuensi, indikator, switch.
D. Transistor
Transistor adalah komponen senikonduktor, komponen ini boleh dikatakan termasuk komponen yang susunannya sederhana bila dibandingkan dengan Integrated Circuit.
Pada prinsipnya, suatu transistor terdiri atas dua buah dioda yang disatukan. Agar transistor dapat bekerja, kepada kaki¬-kakinya harus diberikan tegangan, tegangan ini dinamakan bias voltage. Basis¬ emitor diberikan forward voltage, sedangkan basis¬ kolektor diberikan reverse voltage. Sifat transistor adalah bahwa antara kolektor dan emitor akan ada arus (transistor akan menghantar) bila ada arus basis. Makin besar arus basis makin besar penghatarannya.
Berbagai bentuk transistor yang terjual di pasaran, bahan selubung kemasannya juga ada berbagai macam misalnya selubung logam, keramik dan ada yang berselubung polyester. Transistor pada umumnya mempunyai tiga kaki, kaki pertama disebut basis, kaki berikutnya dinamakan kolektor dan kaki yang ketiga disebut emitor.
Gambar 2.13 : Berbagai bentuk transistor
Gambar 2.14 : simbol transistor
Suatu arus listrik yang kecil pada basis akan menimbulkan arus yang jauh lebih besar diantara kolektor dan emitornya, maka dari itu transistor digunakan untuk memperkuat arus (amplifier).
Terdapat dua jenis transistor ialah jenis NPN dan jenis PNP. Pada transistor jenis NPN tegangan basis dan kolektornya positif terhadap emitor, sedangkan pada transistor PNP tegangan basis dan kolektornya negatif terhadap tegangan emitor.
Transistor dapat dipergunakan antara lain untuk:
1.Sebagai penguat arus, tegangan dan daya (AC dan DC)
2.Sebagai penyearah
3.Sebagai mixer
4.Sebagai osilator
5.Sebagai switch
Jenis transistor
1. Uni Junktion Transistor (UJT) : Uni Junktion Transistor (UJT) adalah transistor yang mempunyai satu kaki emitor dan dua basis. Kegunaan transistor ini adalah terutama untuk switch elektronis. Ada Dua jenis UJT ialah UJT Kanal ¬N dan UJT Kanal¬ P.
Gambar 2.15 : Simbol UJT
2. Field Effect Transistor (FET) : Field Effect Transistor (FET) adalah suatu jenis transistor khusus. Tidak seperti transistor biasa, yang akan menghantar bila diberi arus di basis, transistor jenis FET akan menghantar bila diberikan tegangan (jadi bukan arus). Kaki¬-kakinya diberi nama Gate (G), Drain (D) dan Source (S).
Beberapa Kelebihan FET dibandingkan dengan transistor biasa ialah antara lain penguatannya yang besar, serta desah yang rendah. Karena harga FET yang lebih tinggi dari transistor, maka hanya digunakan pada bagian-bagian yang memang memerlukan. Ujud fisik FET ada berbagai macam yang mirip dengan transistor.
Seperti halnya transistor, ada dua jenis FET yaitu Kanal¬ N dan Kanal¬ P. Kecuali itu terdapat beberapa macam FET ialah Junktion FET (JFET) dan Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET).
3. MOSFET : Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET) adalah suatu jenis FET yang mempunyai satu Drain, satu Source dan satu atau dua Gate. MOSFET mempunyai input impedance yang sangat tinggi. Mengingat harga yang cukup tinggi, maka MOSFET hanya digunakan pada bagian¬ bagian yang benar¬benar memerlukannya. Penggunaannya misalnya sebagai RF amplifier pada receiver untuk memperoleh amplifikasi yang tinggi dengan desah yang rendah. Dalam pengemasan dan perakitan dengan menggunakan MOSFET perlu diperhatiakan bahwa komponen ini tidak tahan terhadap elektrostatik, mengemasnya menggunakan kertas timah, pematriannya menggunakan jenis solder yang khusus untuk pematrian MOSFET.
Seperti halnya pada FET, terdapat dua macam MOSFET ialah Kanal ¬P dan Kanal ¬N.
E. Integrated Circuit (IC)
Integrated Circuit (IC) sebenarnya adalah suatu rangkaian elektronik yang dikemas menjadi satu kemasan yang kecil. Beberapa rangkaian yang besar dapat diintegrasikan menjadi satu dan dikemas dalam kemasan yang kecil. Suatu IC yang kecil dapat memuat ratusan bahkan ribuan komponen.
Bentuk IC bisa bermacam¬-macam, ada yang berkaki 3 misalnya LM7805, ada yang seperti transistor dengan kaki banyak misalnya LM741.
Bentuk IC ada juga yang menyerupai sisir (single in line), bentuk lain adalah segi empat dengan kaki-¬kaki berada pada ke¬ empat sisinya, akan tetapi kebanyakan IC berbentuk dual in line (DIL).
IC yang berbentuk bulat dan dual in line, kaki-¬kakinya diberi bernomor urut dengan urutan sesuai arah jarum jam, kaki nomor SATU diberikan bertanda titik atau takikan.
Setiap IC ditandai dengan nomor type, nomor ini biasanya menunjukkan jenis IC, jadi bila nomornya sama maka IC tersebut sama fungsinya. Kode lain menunjukkan pabrik pembuatnya, misalnya operational amplifier type 741 dapat muncul dengan tanda uA¬741, LM¬741, MC¬741, RM¬741 SN72¬741 dan sebagainya.
Suatu kelompok IC disebut IC linear, antara lain IC regulator, Operational Amplfier, audio amplifier dan sebagainya. Sedangkan kelompok IC lain disebut IC digital misalnya NAND, NOR, OR, AND EXOR, BCD to seven segment decoder dan sebagainya.
Jenis IC yang sekarang berkembang dan banyak digunakan adalah Transistor¬-Transistor Logic (TTL) dan Complimentary Metal Oxide Semiconductor (CMOS).
Jenis CMOS banyak terdapat di pasaran ialah keluarga 4000, misalnya 4049, 4050 dan sebagainya. Jenis TTL ditandai dengan nomor awal 54 atau 74. Prefix 54 menandakan persyaratan militer ialah mampu bekerja dari suhu ¬54 sampai 125C. Sedangkan prefix 74 menandakan persyaratan komersial ialah mampu bekerja pada suhu 0 sampai 70C.
Penomoran TTL dilakukan dengan 2, 3 atau 4 digit angka mengikuti prefix-nya, misalnya 7400, 74192 dan sebagainya. Huruf yang berada diantara prefix dan suffix menandakan subfamily¬nya. Misalnya AS (Advance Schottkey), ALS (Advance Low Power Schottkey), H (High Speed), L (Low Speed), LS (Low Power Schottkey) dan S (Schottkey).
Apabila dibandingkan rangkaian dengan menggunakan transistor dengan rangkaian menggunakan IC, cenderung penggunaan IC lebih praktis dan biayanya relatif ebih ringan.
Pada saat ini sudah berkembang banyak sekali jenis IC, jenisnya sampai ratusan sehingga tidak mungkin dibicarakan secara umum. Untuk menggunakan IC kita harus mempunyai vademicum IC yang diterbitkan oleh pabrik¬-pabrik pembuatnya. Setiap jenis IC mempunyai penjelasan sendiri¬-sendiri mengenai sifatnya dan cara penggunaannya.
Apabila kita membuka lembaran vademicum IC, kita akan melihat berbagai symbol IC logic. Arti symbol¬-symbol ini akan kita pelajari bila sudah mulai eksperimen dengan IC digital.
Dengan mempelajari rangkaian suatu IC, yang terdiri atas begitu banyak komponen, maka dapat kita bayangkan bahwa piranti tersebut praktis tidak mungkin lagi dirangkai dengan menggunakan tabung-¬tabung elektron.
Gambar 2.16 : Beberapa contoh IC
F. Kumparan (Coil)
Coil adalah suatu gulungan kawat di atas suatu inti. Tergantung pada kebutuhan, yang banyak digunakan pada radio adalah inti udara dan inti ferrite. Coil juga disebut inductor, nilai induktansinya dinyatakan dalam besaran Henry (H). Dalam pesawat radio, coil digunakan :
1.Sebagai kumparan redam
2.Sebagai pengatur frekuensi
3.Sebagai filter
4.Sebagai alat kopel (penyambung)
G. Transformator (Trafo)
Transformator adalah dua buah kumparan yang dililitkan ada satu inti, inti bisa inti besi atau inti ferrite. Ia dapat meneruskan arus listrik AC dan tidak dapat untuk digunakan pada DC. Kumparan pertama disebut primer ialah kumparan yang menerima input, kumparan kedua disebut sekunder ialah kumparan yang menghasilkan output. Dalam pesawat radio, transformator digunakan:
1.Mengubah tegangan listrik (disebut Power Trafo)
2.Sebagai kopel
Selain komponen-komponen elektronika yang disebutkan diatas masih banyak lagi komponen yang digunakan dalam perangkat elektronika, seperti microphone, speaker, dan beberapa komponen lainnya.
III. ELEKTRONIKA OPTIK
Tujuan Pembelajaran
1. Siswa dapat mengetahui sejarah perkembangan monitor
2. Siswa dapat mengetahui kelebihan dan kekurangan jenis monitor
3. Siswa dapat prinsip kerja LCD.
4. Siswa dapat membedakan komponen pasif dan komponen aktif
Teori dasar
3.1. Monitor
Monitor atau yang juga disebut sebagai “computer display” merupakan komponen output yang digunakan untuk menampilkan teks atau gambar ke layar sehingga dapat dinikmati oleh pemakai.
A). Sejarah Monitor
Pada generasi awal komputer, belum menggunakan monitor khusus seperti sekarang ini. Komputer waktu itu terhubung dengan TV keluarga sebagai layar penampil dari pengolahan data yang dilakukannya. Yang cukup menjadi masalah adlaah bahwa resolusi monitor TV saat itu hanya mampu menampilkan 40 karakter secara horisontal pada layar.
Monitor khusus untuk komputer dikeluarkan oleh IBM PC, yang pada awalnya memiliki resolusi 80 X 25 dengan kemampuan warna “green monochrome”. Monitor ini sudah mampu menampilkan hasil yang lebih terang, jelas dan lebih stabil.
Pada generasi berikutnya muncul mono graphics (MGA/MDA) yang memiliki 720x350. Selanjutnya di awal tahun 1980-an muncul jenis monitor CGA dengan range resolusi dari 160x200 sampai 640x200 dan kemampuan warna antara 2 sampai 16 warna.
Monitor EGA muncul dengan resolusi yang lebih bagus yaitu 640x350. Monitor jenis ini cukup stabil sampai berikutnya munculnya generasi komputer Windows.
Semua jenis monitor ini menggunakan digital video - TTL signals dengan discrete number yang spesifik untuk mengatur warna dan intensitas cahaya. Antara video adapter dan monitor memiliki 2, 4, 16, atau 64 warna tergantung standard grafik yang dimiliki.
Selanjutnya dengan diperkenalkannya standard monitor VGA, tampilan grafis dari sebuah Personal Computer menjadi nyata. VGA dan generasi-generasi yang berhasil sesudahnya seperti PGA, XGA, atau SVGA merupakan standard analog video dengan sinyal R (Red), G (Green) dan B (Blue) dengan continuous voltage dan continuous range pada pewarnaan. Secara prinsip analog monitor memungkinkan penggunaan full color dengan intensitas yang tinggi.
Generasi monitor terbaru adalah teknologi LCD yang tidak lagi menggunakan tabung elektron CRT tetapi menggunakan sejenis kristal liquid yang dapat berpendar. Teknologi ini menghasilkan monitor yang dikenal dengan nama Flat Panel Display dengan layar berbentuk pipih, dan kemampuan resolusi yang tinggi.
B). Jenis Monitor
Dengan perkembangannya yang sangat pesat, saat ini terdapat tiga jenis teknologi monitor. Ketiga golongan teknologi tersebut adalah CRT (Cathode Ray Tube), Liquid Crystal Display (LCD) dan Plasma gas.
1. Cathode Ray Tube (CRT)
Pada monitor CRT, layar penampil yang digunakan berupa tabung sinar katoda. Teknologi ini memunculkan tampilan pada monitor dengan cara memancarkan sinar elektron ke suatu titik di layar. Sinar tersebut akan diperkuat untuk menampilkan sisi terang dan diperlemah untuk sisi gelap.
Teknologi CRT merupakan teknologi termurah dibanding dengan kedua teknologi yang lain. Meski demikian resolusi yang dihasilkan sudah cukup baik untuk berbagai keperluan. Hanya saja energi listrik yang dibutuhkan cukup besar dan memiliki radiasi elektromagnetik yang cukup kuat.
2. Liquid Crystal Display
Monitor LCD tidak lagi menggunakan tabung elektron tetapi menggunakan sejenis kristal liquid yang dapat berpendar. Teknologi ini menghasilkan monitor yang dikenal dengan nama Flat Panel Display dengan layar berbentuk pipih, dan kemampuan resolusi yang lebih tinggi dibandingkan dengan CRT. Karena bentuknya yang pipih, maka monitor jenis flat tersebut menggunakan energi yang kecil dan banyak digunakan pada komputer-komputer portabel.
Kelebihan yang lain dari monitor LCD adalah adanya brightness ratio yang telah menyentuh angka 350 : 1. Brigtness ratio merupakan perbandingan antara tampilan yang paling gelap dengan tampilan yang paling terang.
Liquid Crystal Display menggunakan kristal liquid yang dapat berpendar. Kristal cair merupakan molekul organik kental yang mengalir seperti cairan, tetapi memiliki struktur spasial seperti kristal. (ditemukan pakar Botani Austria – Rjeinitzer) tahun 1888. Dengan menyorotkan sinar melalui kristal cair, intensitas sinar yang keluar dapat dikendalikan secara elektrik sehingga dapat membentuk panel-panel datar.
Lapisan-lapisan dalam sebuah LCD:
• Polaroid belakang
• Elektroda belakang
• Plat kaca belakang
• Kristal Cair
• Plat kaca depan
• Elektroda depan
• Polaroid depan
Elektroda dalam lapisan tersebut berfungsi untuk menciptakan medan listrik pada kristal cair, sedangkan polaroid digunakan untuk menciptakan suatu polarisasi.
Dari sisi harga, monitor LCD memang jauh lebih mahal jika dibandingkan dengan monitor CRT. Dan beberapa kelemahan yang masih dimilikinya seperti kurang mampu digunakan untuk bekerja dalam berbagai resolusi, seperti misalnya monitor dengan resolusi 1024 X 768 akan terkesan agak buram jika dipekerjakan pada resolusi 640 X 420. Tatapi akhir-akhir ini kelemahan tersbut sudah mulai di atasi dengan teknik anti aliasing.
3. Plasma Gas
Monitor jenis ini menggabungkan teknologi CRT dengan LCD. Dengan teknologi yang dihasilkan, mampu membuat layar dengan ketipisan menyerupai LCD dan sudut pandang yang dapat selebar CRT.
Plasma gas juga menggunakan fosfor seperti halnya pada teknologi CRT, tetapi layar pada plasma gas dapat perpendar tanpa adanya bantuan cahaya di belakang layar. Hal itu akan membuat energi yang diserap tidak sebesar monitor CRT. Kontras warna yang dihasilkan pun lebih baik dari LCD. Teknologi plasma gas ini sering bisa kita jumpai pada saat pertunjukan-pertunjukan musik atau pertandingan-pertandingan olahraga yang spektakuler. Di sana terdapat layar monitor raksasa yang dipasang pada sudut-sudut arena tertentu. Itulah monitor yang menggunakan teknologi plasma gas.
3.2. Cara Kerja LCD
A. Konsep Liquid Crystal (Kristal Cair)
Liquid Crystal diterjemahkan kristal cair. Aneh sekali... Bukankah kristal itu seharusnya padat. Mana mungkin kristal itu berbentuk cair? Mengapa digunakan nama yang aneh?
Padat dan cair merupakan dua sifat benda yang berbeda. Molekul-molekul benda padat tersebar secara teratur dan posisinya tidak berubah-ubah, sedangkan molekul-molekul zat cair letak dan posisinya tidak teratur karena dapat bergerak acak ke segala arah. Pada tahun 1888, seorang ahli botani, Friedrich Reinitzer, menemukan fase yang berada di tengah-tengah antara fase padat dan cair. Fase ini memiliki sifat-sifat padat dan cair secara bersama-sama. Molekul-molekulnya memiliki arah yang sama seperti sifat padat, tetapi molekul-molekul itu dapat bergerak bebas seperti pada cairan. Fase kristal cair ini berada lebih dekat dengan fase cair karena dengan sedikit penambahan temperatur (pemanasan) fasenya langsung berubah menjadi cair. Sifat ini menunjukkan sensitivitas yang tinggi terhadap temperatur. Sifat inilah yang menjadi dasar utama pemanfaatan kristal cair dalam teknologi.
Gambar 3.1 : Perbedaan karakteristik molekul
Untuk memahami sensitivitas kristal cair terhadap suhu, kita bisa menggunakan yang dikenal sebagai mood ring. Mood ring dianggap sebagai cincin ajaib yang punya daya magis yang dapat membaca emosi pemakainya. Saat si pemakai sedang marah atau tegang batu cincin tersebut berubah warna menjadi hitam, sedangkan saat sedang tenang batu berwarna biru. Berbagai emosi lainnya bisa diketahui berdasarkan perubahan warna batu cincin magis ini. Magis (magical)? Ataukah fisika (physical)? Tentu saja fisika! Karena batu cincin ini diisi dengan materi kristal cair yang sangat sensitif terhadap perubahan suhu, sekecil apa pun perubahannya. Perubahan suhu menyebabkan terpilinnya struktur molekul (twist) sehingga panjang gelombang cahaya yang diserap atau direfleksikan berubah pula. Perubahan suasana hati atau emosi si pemakai cincin menyebabkan perubahan suhu tubuh yang kemudian mempengaruhi suhu kristal cair yang terkandung dalam batu tersebut. Sewaktu suhu meningkat, molekul kristal cair terpilin dan menyebabkan warna merah dan hijau lebih banyak diserap dan warna biru lebih banyak direfleksikan sehingga warna yang terlihat adalah biru tua. Warna ini menunjukkan keadaan hati yang sedang bahagia dan bergairah karena saat bahagia suhu tubuh paling tinggi (pembuluh kapiler semakin mendekati permukaan kulit dan melepaskan panas). Suhu tubuh minimum saat sedang tegang karena pembuluh kapiler masuk semakin dalam sehingga suhu turun (digambarkan dengan warna hitam sebagai warna yang ditunjukkan kristal cair pada suhu terendah). Selain temperatur, kristal cair juga sangat sensitif terhadap arus listrik (beda potensial). Prinsip semacam inilah yang digunakan dalam teknologi LCD. Ini sebabnya layar laptop terkadang terlihat berbeda di musim dingin atau saat digunakan di cuaca sangat panas.
Beberapa jenis Kristal cair yang sering digunakan adalah Nematic Liquid Crystal, Super-Twisted Nematic dan Thin-Film Transistor.
3.3. Optocoupler
Optocoupler merupakan piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian power dengan rangkaian control. Optocoupler menggabungkan LED dan fotodioda dalam satu kemasan.
Optocoupler merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Dasar rangkaian dapat ditunjukkan seperti pada gambar dibawah ini:
Gambar 3.2 : Rangkaian Optocoupler
Bagian pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda disket pada disk drive computer. Tapi pada alat yang penulis buat optocoupler untuk mendeteksi putaran.
Penggunaan dari optocoupler tergantung dari kebutuhannya. Ada berbagai macam bentuk, jenis, dan type. Seperti MOC 3040 atau 3020, 4N25 atau 4N33dan sebagainya.
Pada umumnya semua jenis optocoupler pada lembar datanya mampu dibebani tegangan sampai 7500 Volt tanpa terjadi kerusakan atau kebocoran. Biasanya dipasaran optocoupler tersedianya dengan type 4NXX atau MOC XXXX dengan X adalah angka part valuenya. Untuk type 4N25 ini mempunyai tegangan isolasi sebesar 2500 Volt dengan kemampuan maksimal led dialiri arus fordward sebesar 80 mA. Namun besarnya arus led yang digunakan berkisar antara 15mA - 30 mA dan untuk menghubungkan-nya dengan tegangan +5 Volt diperlukan tahanan pembatas.
Latihan bab 3
1. Jelaskan secara singkat 3 jenis monitor yang telah dipelajari ?
2. Bagaimana
Tujuan Pembelajaran
1. Siswa dapat mengetahui dan memahami teori dasar kelistrikan
2. Siswa mampu membedakan antara tegangan, arus dan hambatan (resistansi)
Teori dasar
I.1. Teori elektron dan teori atom
A. Teori Elektron
Teori Elektron dikemukakan oleh Democretos, yang mengatakan :
“Jika suatu benda/Zat (padat, cair, gas) dibagi-bagi menjadi bagian yang terkecil dan bagian tersebut masih memiliki sifat asalnya disebut molekul. Kemudian jika molekul tersebut terus dibagi-bagi menjadi bagian yang sangat kecil sekali, dan bagian tersebut tidak memiliki sifat asalnya, disebut atom.”
Atom berasal dari kata Yunani yang berarti tidak dapat dibagi-bagi lagi.
A = tidak sedangkan tomos = dibagi-bagi.
Jadi Atom adalah bagian yang terkecil dari suatu molekul yang tidak dapat dibagi-bagi lagi menurut reaksi kimia biasa.
Sedangkan molekul adalah bagian yang terkecil dari suatu benda yang masih memiliki sifat asalnya.
B. Teori Atom
Atom terdiri dari sebuah inti atom (nukleus) yang disusun oleh proton (partikel penyusun atom yang bermuatan positif ) dan netron (partikel penyusun atom yang tidak bermuatan (netral)), dan dikelilingi oleh elektron-elektron (partikel penyusun atom yang bermuatan negatif).
Sebuah atom dikatakan netral apabila jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti atom tersebut.
Atom netral jika diambil/dikurangi satu atau lebih elektronnya, maka atom tersebut tidak berkesetimbang (netral) lagi, karena kekurangan elektron. Atom yang kekurangan elektron akan bermuatan positip, disebut Ion Positip.
Atim netral jika ditambahkan satu atau lebih elektronnya, maka atom tersebut tidak berkesetimbang (netral) lagi, karena kelebihan elektron. Atom yang kelebihan elektron akan bermuatan negatip, disebut Ion Negatip
Elektron bebas = Elektron Valensi adalah elektron-elektron yang berada pada lintasan kulit atom terluar.
Gambar 1.1 : Model atom dalam bentuk 3 dimensi
Gambar 1.2 : Model atom Bohr
C. Listrik
Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik, dapat juga diartikan sebagai berikut:
• Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.
• Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.
Ada 2 jenis muatan listrik: positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Besarnya gaya menarik dan menolak ini ditetapkan oleh hukum Coulomb. Beberapa efek dari listrik didiskusikan dalam fenomena listrik dan elektromagnetik.
Satuan unit SI dari muatan listrik adalah coulomb, yang memiliki singkatan "C". Simbol Q digunakan dalam persamaan untuk mewakili kuantitas listrik atau muatan. Contohnya, "Q=0,5 C" berarti "kuantitas muatan listrik adalah 0,5 coulomb".
Jika listrik mengalir melalui bahan khusus, misalnya dari wolfram dan tungsten, cahaya pijar akan dipancarkan oleh logam itu. Bahan-bahan seperti itu dipakai dalam bola lampu (bulblamp atau bohlam).
Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat. Sifat ini dipakai pada elemen setrika dan kompor listrik.
Listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. Dengan listrik arus searah jika kita memegang hanya kabel positif (tapi tidak memegang kabel negatif), listrik tidak akan mengalir ke tubuh kita (kita tidak terkena strum). Demikian pula jika kita hanya memegang saluran negatif.
Dengan listrik arus bolak-balik, Listrik bisa juga mengalir ke bumi (atau lantai rumah). Hal ini disebabkan oleh sistem perlistrikan yang menggunakan bumi sebagai acuan tegangan netral (ground). Acuan ini, yang biasanya di pasang di dua tempat (satu di ground di tiang listrik dan satu lagi di ground di rumah). Karena itu jika kita memegang sumber listrik dan kaki kita menginjak bumi atau tangan kita menyentuh dinding, perbedaan tegangan antara kabel listrik di tangan dengan tegangan di kaki (ground), membuat listrik mengalir dari tangan ke kaki sehingga kita akan mengalami kejutan listrik ("terkena strum").
Listrik dapat disimpan, misalnya pada sebuah aki atau batere. Listrik yang kecil, misalnya yang tersimpan dalam batere, tidak akan memberi efek setrum pada tubuh. Pada aki mobil yang besar, biasanya ada sedikit efek setrum, meskipun tidak terlalu besar dan berbahaya. Listrik mengalir dari kutub positif batere/aki ke kutub negatif.
I.2. Tegangan, arus dan hambatan (resistansi)
A. Tegangan
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.
V= I .R
Satuan Tegangan Listrik atau potensial listrik dinyatakan dalam Volt ( V ).
1 Volt = 1000 mili Volt ( m V )
1 mV = 1000 mikro Volt ( u V )
1 Kilo Volt = 1 KV = 1000 Volt
1 Mega Volt = 1 MV = 1000 KV
Voltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur besarnya tegangan listrik.
B. Arus
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.
I = Q/T
Pada zaman dulu, Arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif, sekalipun kita sekarang tahu bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron yang bermuatan negatif ke arah yang sebaliknya.
Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).
Sumber Arus Listrik
Sumber arus listrik adalah penghasil arus listrik. Sumber arus listrik ada 2 macam :
1. Sumber arus listrik searah ( DC = Direct Current )
Yaitu sumber arus listrik yang tidak berubah fasenya.
Contoh Sumber arus listrik searah ( DC ) :
1. Batere/Baterai ( elemen kering )
2. Accumulator ( aki = accu ) (elemen basah )
3. Elemen Volta ( elemen basah )
4. Solar sel
5. Dinamo DC atau Generator DC
6. Adaptor AC ke DC : a. Adaptor Sistem Perata Tunggal, b. Adaptor Sistem Cabang Tengah, c. Adaptor Sistem jembatan, d. Adaptor Sistem Dwi Kutub
2. Sumber arus listrik bolak balik ( AC = Alternating Current )
Yaitu sumber arus listrik yang berubah-ubah fasenya setiap saat, jangka waktu tertentu mengalir ke satu arah,dan waktu yang lainnya kearah yang lain.
Contoh sumber arus listrik bolak balik ( AC )
1. Generator AC
2. Jala-jala PLN yang dihasilkan oleh : PLTA, PLTU, PLTP, PLTN, dll.
3. Inverter DC ke AC
Amperemeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur besarnya arus listrik .
C. Hambatan (Resistansi)
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:
R = V/I
di mana V adalah tegangan dan I adalah arus.
Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R).
Ohmmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur besarnya hambatan listrik / resistansi.
Hukum Muatan Listrik
1. Jika ada dua benda bermuatan sejenis saling berdekatan (positif dengan positif atau negatif dengan negatif), maka akan terjadi tolak menolak.
2. Jika ada dua benda bermuatan tak sejenis saling didekatkan akan terjadi tolak menolak.
Kedua Hukum diatas dapat disimpulkan bahwa :
1. Muatan sejenis akan tolakmenarik
2. Muatan tak sejenis akan tarik menarik
II. KOMPONEN ELEKTRONIKA
Tujuan Pembelajaran
1. Siswa dapat mengetahui perbedaan konduktor, isolator dan semikonduktor
2. Siswa dapat mengetahui macam-macam komponen elektronika.
3. Siswa dapat menghitung nilai dari resistor.
4. Siswa dapat membedakan komponen pasif dan komponen aktif
Teori dasar
2.1. Konduktor, isolator dan Semikonduktor
kemampuan suatu bahan untuk memindahkan muatan listrik, dapat dibagi dalam 3 kelompok yaitu konduktor, isolator dan semikonduktor.
A. Konduktor (Penghantar)
Yaitu benda atau bahan yang dapat memindahkan muatan listrik
Sifat konduktor antara lain:
a). mempunyai banyak elektron bebas.
Elektron bebas yaitu elektron-elektron yang berada pada lintasan terluar dari
Struktur atom.
b). elektron-elektron pada atom mudah berpindah dari lintasan yang dalam ke lintasan terluar.
c). Biasanya mudah mengantar panas/kalor seperti : besi, emas, perak, tembaga
aluminium, kuningan dan lain-lain.
Benda cair: larutan elektrolit ( H2SO4 ), air ( H2O )
Tubuh manusia, tanah dan sebagainya.
B. Isolator (Penyekat)
Adalah benda atau bahan yang tidak dapat memindahkan muatan listrik.
Sifat dari isolator antara lain :
a). Ikatan elektron pada intinya sangat kuat. (tidak ada elektron bebas).
b). Sulit menghantar panas/kalor.
C. Semikonduktor
Adalah benda atau zat yang kurang baik untuk konduktor dan tidak sempurna sebagai isolator.
Contoh:
b. Silikon
c. Germanium
Kedua bahan tersebut biasa dipakai untuk membuat komponen seperti :
1. Dioda
2. Transistor
3. IC (Integrated Circuit = Rangkaian yang dimampatkan/terpadu).
4. Micro chip.
2.2. Komponen elektronika
Komponen Elektronika biasanya sebuah alat berupa benda yang menjadi bagian pendukung suatu rangkaian elektronik yang dapat bekerja sesuai dengan kegunaannya. Mulai dari yang menempel langsung pada papan rangkaian baik berupa PCB, CCB, Protoboard maupun Veroboard dengan cara disolder atau tidak menempel langsung pada papan rangkaian (dengan alat penghubung lain, misalnya kabel).
Komponen elektronika ini terdiri dari satu atau lebih bahan elektronika, yang terdiri dari satu atau beberapa unsur materi dan jika disatukan, dipanaskan, ditempelkan dan sebagainya akan menghasilkan suatu efek yang dapat menghasilkan suhu atau panas, menangkap atau menggetarkan materi, merubah arus, tegangan, daya listrik dan lainnya.
Gambar 2.1 : Beberapa komponen elektronika
Komponen elektronika dibagi menjadi dua, yaitu komponen aktif dan komponen pasif.
A. Komponen aktif adalah komponen elektronika yang bila dialiri aliran listrik atau signal akan menghasilkan tenaga. Contohnya adalah Dioda Semikonduktor, Transistor, Intergrated Circuit (IC).
B. Komponen pasif adalah komponen-komponen elektronika yang tidak dapat menghasilkan tenaga apabila di aliri aliran listrik. Contohnya adalah hambatan (Resistor), Kapasitor (kondensator),dan sebagainya.
2.3. Jenis Komponen Elektronika
A. Resistor
Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan seperti tembaga, perak, emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan-bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, yaitu bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron sehingga disebut sebagai isolator.
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor, arus listrik dapat didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).
Di dalam rangkaian elektronika, resistor dilambangkan dengan huruf “R“. Dilihat dari bahannya, ada beberapa jenis resistor yang ada dipasaran antara lain : Resistor Carbon, Wirewound, dan Metalfilm. Ada juga Resistor yang dapat diubah-ubah nilai resistansinya antara lain : Potensiometer, Rheostat dan Trimmer (Trimpot). Selain itu ada juga Resistor yang nilai resistansinya berubah bila terkena cahaya namanya LDR (Light Dependent Resistor) dan resistor yang nilai resistansinya akan bertambah besar bila terkena suhu panas yang namanya PTC (Positive Thermal Coefficient) serta resistor yang nilai resistansinya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas yang namanya NTC (Negative Thermal Coefficient).
Untuk resistor jenis carbon maupun metalfilm biasanya digunakan kode-kode warna sebagai petunjuk besarnya nilai resistansi (tahanan) dari resistor. Resistor ini mempunyai bentuk seperti tabung dengan dua kaki di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk cincin kode warna, kode ini untuk mengetahui besar resistansi tanpa harus mengukur besarnya dengan ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association).
Gambar 2.2 : Resistor karbon
Tabel 2.1. kode warna resistor
a). Cara membaca nilai resistor
Besaran resistansi suatu resistor dibaca dari posisi cincin yang paling depan ke arah cincin toleransi. Biasanya posisi cincin toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan posisi cincin yang pertama agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut. Kalau kita telah bisa menentukan mana cincin yang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.
Jumlah cincin yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 3 cincin (tidak termasuk cincin toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 cincin (tidak termasuk cincin toleransi). Cincin pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan cincin terakhir adalah faktor pengalinya.
Gambar 2.3 : Urutan cincin pada resistor
Misalnya resistor dengan cincin kuning, violet, merah dan emas. Cincin berwarna emas adalah cincin toleransi. Dengan demikian urutan warna cincin resistor ini adalah, cincin pertama berwarna kuning, cincin kedua berwarna violet dan cincin ke tiga berwarna merah. Cincin ke empat yang berwarna emas adalah cincin toleransi. Dari tabel 1.1 diketahui jika cincin toleransi berwarna emas, berarti resistor ini memiliki toleransi 5%. Nilai resistansinya dihitung sesuai dengan urutan warnanya. Pertama yang dilakukan adalah menentukan nilai satuan dari resistor ini. Karena resistor ini resistor 5% (yang biasanya memiliki tiga cincin selain cincin toleransi), maka nilai satuannya ditentukan oleh cincin pertama dan cincin kedua. Masih dari tabel 1.1, diketahui cincin kuning nilainya = 4 dan cincin violet nilainya = 7. Jadi cincin pertama dan ke dua atau kuning dan violet berurutan, nilai satuannya adalah 47. Cincin ketiga adalah faktor pengali, dan jika warna cincinnya merah berarti faktor pengalinya adalah 100. Sehingga dengan ini diketahui nilai resistansi resistor tersebut adalah nilai satuan x faktor pengali atau 47 x 100 = 4700 Ohm = 4,7K Ohm (pada rangkaian elektronika biasanya di tulis 4K7 Ohm) dan toleransinya adalah + 5%. Arti dari toleransi itu sendiri adalah batasan nilai resistansi minimum dan maksimum yang di miliki oleh resistor tersebut. Jadi nilai sebenarnya dari resistor 4,7k Ohm + 5% adalah :
4700 x 5% = 235
Jadi,
Rmaksimum = 4700 + 235 = 4935 Ohm
Rminimum = 4700 – 235 = 4465 Ohm
Apabila resistor di atas di ukur dengan menggunakan ohmmeter dan nilainya berada pada rentang nilai maksimum dan minimum (4465 s/d 4935) maka resistor tadi masih memenuhi standar. Nilai toleransi ini diberikan oleh pabrik pembuat resistor untuk mengantisipasi karakteristik bahan yang tidak sama antara satu resistor dengan resistor yang lainnya sehingga para desainer elektronika dapat memperkirakan faktor toleransi tersebut dalam rancangannya. Semakin kecil nilai toleransinya, semakin baik kualitas resistornya. Sehingga dipasaran resistor yang mempunyai nilai toleransi 1% (contohnya resistor metalfilm) jauh lebih mahal dibandingkan resistor yang mempunyai toleransi 5% (resistor carbon).
b). Macam resistor
Ada lima macam resistor yang kita kenal yaitu :
1. Resistor Karbon
2. Resistor Kompon
3. Resistor Kawat Gulung ( Wire Wound )
4. Resistor Serbuk Besi
5. Resistor Film Logam ( Metal Film )
Dilihat dari fungsinya, resistor dapat dibagi menjadi :
Resistor Tetap (Fixed Resistor)
Yaitu resistor yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon. Berfungsi sebagai pembagi tegangan, mengatur atau membatasi arus pada suatu rangkaian serta memperbesar dan memperkecil tegangan.
Resistor Tidak Tetap (variable resistor)
Yaitu resistor yang nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut, sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesuai dengan kebutuhan. Berfungsi sebagai pengatur volume (mengatur besar kecilnya arus), tone control pada sound system, pengatur tinggi rendahnya nada (bass/treble) serta berfungsi sebagai pembagi tegangan arus dan tegangan.
Resistor NTC dan PTC.
NTC (Negative Temperature Coefficient), yaitu resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas. Sedangkan PTC (Positive Temperature Coefficient), yaitu resistor yang nilainya akan bertambah besar bila temperaturnya menjadi dingin.
Resistor LDR
LDR (Light Dependent Resistor) yaitu jenis resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila terkena cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan bila terkena cahaya terang nilainya menjadi semakin kecil.
B. Kapasitor (Kondensator)
Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf “C” adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut.
Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.
Gambar 2.4 : Skema kapasitor
a). Kapasitansi
Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :
Q = C V
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farad)
V = besar tegangan dalam V (volt)
Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumus dapat di tulis sebagai berikut :
C = (8.85 x 10-12) (k A/t)
Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan.
Tabel. 2.2. Konstanta dielektrik bahan kapasitor
Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farad adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasaran memiliki satuan : µF, nF dan pF.
1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad)
1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad)
1 µF = 1.000 nF (nano Farad)
1 nF = 1.000 pF (piko Farad)
1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro Farad)
1 µF = 10-6 F
1 nF = 10-9 F
1 pF = 10-12 F
Konversi satuan penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0.047µF dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF.
Kapasitor diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.
Gambar 2.5 : Lambang kapasitor yang mempunyai kutub
Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan
berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut kapasitor (capacitor).
Gambar 2.6 : Lambang kapasitor yang tidak mempunyai kutub
Adapun cara memperbesar kapasitansi kapasitor atau kondensator dengan jalan:
1. Menyusunnya berlapis-lapis.
2. Memperluas permukaan variabel.
3. Memakai bahan dengan daya tembus besar.
Untuk kapasitor polyester nilai kapasitansinya bisa diketahui berdasarkan warna seperti pada resistor.
Tabel 2.3. Kode warna kapasitor
Contoh cara membaca kapasitor
Seperti komponen lainnya, besar kapasitansi nominal ada toleransinya. Pada tabel 2.3 diperlihatkan nilai toleransi dengan kode-kode angka atau huruf tertentu. Dengan tabel tersebut pemakai dapat dengan mudah mengetahui toleransi kapasitor yang biasanya tertera menyertai nilai nominal kapasitor. Misalnya jika tertulis 104 X7R, maka kapasitansinya adalah 100nF dengan toleransi +/-15%. Sekaligus diketahui juga bahwa suhu kerja yang direkomendasikan adalah antara -55Co sampai +125Co .
Dari penjelasan di atas bisa diketahui bahwa karakteristik kapasitor selain kapasitansi juga tak kalah pentingnya yaitu tegangan kerja dan temperatur kerja. Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja dengan baik. Misalnya kapasitor 10uF25V, maka tegangan yang bisa diberikan tidak boleh melebihi 25 volt dc. Umumnya kapasitor-kapasitor polar bekerja pada tegangan DC dan kapasitor non-polar bekerja pada tegangan AC. Sedangkan temperatur kerja yaitu batasan temperatur dimana kapasitor masih bisa bekerja dengan optimal. Misalnya jika pada kapasitor tertulis X7R, maka kapasitor tersebut mempunyai suhu kerja yang direkomendasikan antara -55Co sampai +125Co. Biasanya spesifikasi karakteristik ini disajikan oleh pabrik pembuat di dalam datasheet.
b). Rangkaian kapasitor
Rangkaian kapasitor secara seri akan mengakibatkan nilai kapasitansi total semakin kecil. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara seri.
Gambar 2.7 : Rangkaian seri kapasitor
Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku rumus :
Rangkaian kapasitor secara paralel akan mengakibatkan nilai kapasitansi pengganti semakin besar. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara paralel.
Gambar 2.8 : Rangkaian Paralel kapasitor
Pada rangkaian kapasitor paralel berlaku rumus :
Ctotal = C1 + C2 + C3
c). Fungsi kapasitor
Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian :
1. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain (pada PS = Power Supply)
2. Sebagai filter dalam rangkaian PS
3. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna
4. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon
5. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar
d). Macam-macam kapasitor
Berdasarkan kegunaannya kapasitor dibagi menjadi 3 yaitu :
1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah)
2. Kondensator elektrolit (Electrolit Condenser = Elco)
3. Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah)
Berdasarkan bahan dielektrik
1. Kapasitor Electrostatic : Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa uF, yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainnya.
Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar.
2. Kapasitor Electrolytic : Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan - di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda dan kutup negatif katoda.
Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah Aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco.
3. Kapasitor Electrochemical : Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular.
C. Dioda
Dioda adalah komponen semiconductor yang paling sederhana, ia terdiri atas dua elektroda yaitu katoda dan anoda.Ujung badan dioda biasanya diberi bertanda, berupa gelang atau berupa titik, yang menandakan letak katoda.
Dioda hanya bisa dialiri arus DC searah saja, pada arah sebaliknya arus DC tidak akan mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC ialah arus listrik dari PLN, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC.
Bila anoda diberi potensial positif dan katoda negatif, dikatakan dioda diberi forward bias dan bila sebaliknya, dikatakan dioda diberi reverse bias. Pada forward bias, perbedaan voltage antara katoda dan anoda disebut threshold voltage atau knee voltage. Besar voltage ini tergantung dari jenis diodanya, bisa 0.2V, 0.6V dan sebagainya.
Bila dioda diberi reverse bias (yang beda voltagenya tergantung dari tegangan catu) tegangan tersebut disebut tegangan terbalik. Tegangan terbalik ini tidak boleh melampaui harga tertentu, harga ini disebut breakdown voltage, misalnya dioda type 1N4001 sebasar 50V. Dioda jenis germanium misalnya type 1N4148 atau 1N60 bila diberikan forward bias dapat meneruskan getaran frekuensi radio dan bila forward bias dihilangkan, akan memblok getaran frekuensi radio tersebut. Adanya sifat ini, dioda jenis tersebut digunakan untuk switch.
Gambar 2.9 : (a) Dioda dan (b) simbol dioda
a). Macam-macam dioda
1. Dioda Zener adalah suatu dioda yang mempunyai sifat bahwa tegangan terbaliknya sangat stabil, tegangan ini dinamakan tegangan zener. Di atas tegangan zener, dioda ini akan menghantar listrik ke dua arah. Dioda ini digunakan sebagai voltage stabilizer atau voltage regulator. Bentuk dioda ini seperti dioda biasa, perbedaan hanya dapat dilihat dari type yang tertulis pada bodynya dan zener voltage dilihat pada vademicum.
Gambar 2.10 : Simbol dioda zener
2. Light Emiting Diode (LED), yaitu suatu dioda yang dapat mengeluarkan cahaya bila diberikan forward bias. Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai indikator dan display. Misalnya dapat digunakan untuk seven segmen (display angka).
Gambar 2.11 : Gambar dan simbol LED
3. Dioda foto mempunyai sifat lain lagi, yang berkebalikan dengan LED ialah akan menghasilkan arus listrik bila terkena cahaya. Besarnya arus listrik tergantung dari besarnya cahaya yang masuk.
4. Dioda Kapasiansi Variabel yang disebut juga dioda varicap atau dioda varactor. Sifat dioda ini ialah bila dipasangkan menurut arah terbalik akan berperan sebagai kondensator. Kapasitansinya tergantung pada tegangan yang masuk. Dioda jenis ini banyak digunakan pada modulator FM dan juga pada VCO suatu PLL (Phase Lock Loop).
5. Dioda bridge adalah dioda silicon yang dirangkai menjadi suatu bridge dan dikemas menjadi satu kesatuan komponen. Di pasaran terjual berbagai bentuk diodabridge dengan berbagai macam kapasitasnya. Ukuran dioda
bridge yang utama adalah voltage dan ampere maksimumnya.
Gambar 2.12 : Dioda bridge
Banyak sekali penggunaan dioda dan secara umum dioda dapat digunakan antara lain untuk : pengaman, penyearah, voltage regulator, modulator, pengendali frekuensi, indikator, switch.
D. Transistor
Transistor adalah komponen senikonduktor, komponen ini boleh dikatakan termasuk komponen yang susunannya sederhana bila dibandingkan dengan Integrated Circuit.
Pada prinsipnya, suatu transistor terdiri atas dua buah dioda yang disatukan. Agar transistor dapat bekerja, kepada kaki¬-kakinya harus diberikan tegangan, tegangan ini dinamakan bias voltage. Basis¬ emitor diberikan forward voltage, sedangkan basis¬ kolektor diberikan reverse voltage. Sifat transistor adalah bahwa antara kolektor dan emitor akan ada arus (transistor akan menghantar) bila ada arus basis. Makin besar arus basis makin besar penghatarannya.
Berbagai bentuk transistor yang terjual di pasaran, bahan selubung kemasannya juga ada berbagai macam misalnya selubung logam, keramik dan ada yang berselubung polyester. Transistor pada umumnya mempunyai tiga kaki, kaki pertama disebut basis, kaki berikutnya dinamakan kolektor dan kaki yang ketiga disebut emitor.
Gambar 2.13 : Berbagai bentuk transistor
Gambar 2.14 : simbol transistor
Suatu arus listrik yang kecil pada basis akan menimbulkan arus yang jauh lebih besar diantara kolektor dan emitornya, maka dari itu transistor digunakan untuk memperkuat arus (amplifier).
Terdapat dua jenis transistor ialah jenis NPN dan jenis PNP. Pada transistor jenis NPN tegangan basis dan kolektornya positif terhadap emitor, sedangkan pada transistor PNP tegangan basis dan kolektornya negatif terhadap tegangan emitor.
Transistor dapat dipergunakan antara lain untuk:
1.Sebagai penguat arus, tegangan dan daya (AC dan DC)
2.Sebagai penyearah
3.Sebagai mixer
4.Sebagai osilator
5.Sebagai switch
Jenis transistor
1. Uni Junktion Transistor (UJT) : Uni Junktion Transistor (UJT) adalah transistor yang mempunyai satu kaki emitor dan dua basis. Kegunaan transistor ini adalah terutama untuk switch elektronis. Ada Dua jenis UJT ialah UJT Kanal ¬N dan UJT Kanal¬ P.
Gambar 2.15 : Simbol UJT
2. Field Effect Transistor (FET) : Field Effect Transistor (FET) adalah suatu jenis transistor khusus. Tidak seperti transistor biasa, yang akan menghantar bila diberi arus di basis, transistor jenis FET akan menghantar bila diberikan tegangan (jadi bukan arus). Kaki¬-kakinya diberi nama Gate (G), Drain (D) dan Source (S).
Beberapa Kelebihan FET dibandingkan dengan transistor biasa ialah antara lain penguatannya yang besar, serta desah yang rendah. Karena harga FET yang lebih tinggi dari transistor, maka hanya digunakan pada bagian-bagian yang memang memerlukan. Ujud fisik FET ada berbagai macam yang mirip dengan transistor.
Seperti halnya transistor, ada dua jenis FET yaitu Kanal¬ N dan Kanal¬ P. Kecuali itu terdapat beberapa macam FET ialah Junktion FET (JFET) dan Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET).
3. MOSFET : Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET) adalah suatu jenis FET yang mempunyai satu Drain, satu Source dan satu atau dua Gate. MOSFET mempunyai input impedance yang sangat tinggi. Mengingat harga yang cukup tinggi, maka MOSFET hanya digunakan pada bagian¬ bagian yang benar¬benar memerlukannya. Penggunaannya misalnya sebagai RF amplifier pada receiver untuk memperoleh amplifikasi yang tinggi dengan desah yang rendah. Dalam pengemasan dan perakitan dengan menggunakan MOSFET perlu diperhatiakan bahwa komponen ini tidak tahan terhadap elektrostatik, mengemasnya menggunakan kertas timah, pematriannya menggunakan jenis solder yang khusus untuk pematrian MOSFET.
Seperti halnya pada FET, terdapat dua macam MOSFET ialah Kanal ¬P dan Kanal ¬N.
E. Integrated Circuit (IC)
Integrated Circuit (IC) sebenarnya adalah suatu rangkaian elektronik yang dikemas menjadi satu kemasan yang kecil. Beberapa rangkaian yang besar dapat diintegrasikan menjadi satu dan dikemas dalam kemasan yang kecil. Suatu IC yang kecil dapat memuat ratusan bahkan ribuan komponen.
Bentuk IC bisa bermacam¬-macam, ada yang berkaki 3 misalnya LM7805, ada yang seperti transistor dengan kaki banyak misalnya LM741.
Bentuk IC ada juga yang menyerupai sisir (single in line), bentuk lain adalah segi empat dengan kaki-¬kaki berada pada ke¬ empat sisinya, akan tetapi kebanyakan IC berbentuk dual in line (DIL).
IC yang berbentuk bulat dan dual in line, kaki-¬kakinya diberi bernomor urut dengan urutan sesuai arah jarum jam, kaki nomor SATU diberikan bertanda titik atau takikan.
Setiap IC ditandai dengan nomor type, nomor ini biasanya menunjukkan jenis IC, jadi bila nomornya sama maka IC tersebut sama fungsinya. Kode lain menunjukkan pabrik pembuatnya, misalnya operational amplifier type 741 dapat muncul dengan tanda uA¬741, LM¬741, MC¬741, RM¬741 SN72¬741 dan sebagainya.
Suatu kelompok IC disebut IC linear, antara lain IC regulator, Operational Amplfier, audio amplifier dan sebagainya. Sedangkan kelompok IC lain disebut IC digital misalnya NAND, NOR, OR, AND EXOR, BCD to seven segment decoder dan sebagainya.
Jenis IC yang sekarang berkembang dan banyak digunakan adalah Transistor¬-Transistor Logic (TTL) dan Complimentary Metal Oxide Semiconductor (CMOS).
Jenis CMOS banyak terdapat di pasaran ialah keluarga 4000, misalnya 4049, 4050 dan sebagainya. Jenis TTL ditandai dengan nomor awal 54 atau 74. Prefix 54 menandakan persyaratan militer ialah mampu bekerja dari suhu ¬54 sampai 125C. Sedangkan prefix 74 menandakan persyaratan komersial ialah mampu bekerja pada suhu 0 sampai 70C.
Penomoran TTL dilakukan dengan 2, 3 atau 4 digit angka mengikuti prefix-nya, misalnya 7400, 74192 dan sebagainya. Huruf yang berada diantara prefix dan suffix menandakan subfamily¬nya. Misalnya AS (Advance Schottkey), ALS (Advance Low Power Schottkey), H (High Speed), L (Low Speed), LS (Low Power Schottkey) dan S (Schottkey).
Apabila dibandingkan rangkaian dengan menggunakan transistor dengan rangkaian menggunakan IC, cenderung penggunaan IC lebih praktis dan biayanya relatif ebih ringan.
Pada saat ini sudah berkembang banyak sekali jenis IC, jenisnya sampai ratusan sehingga tidak mungkin dibicarakan secara umum. Untuk menggunakan IC kita harus mempunyai vademicum IC yang diterbitkan oleh pabrik¬-pabrik pembuatnya. Setiap jenis IC mempunyai penjelasan sendiri¬-sendiri mengenai sifatnya dan cara penggunaannya.
Apabila kita membuka lembaran vademicum IC, kita akan melihat berbagai symbol IC logic. Arti symbol¬-symbol ini akan kita pelajari bila sudah mulai eksperimen dengan IC digital.
Dengan mempelajari rangkaian suatu IC, yang terdiri atas begitu banyak komponen, maka dapat kita bayangkan bahwa piranti tersebut praktis tidak mungkin lagi dirangkai dengan menggunakan tabung-¬tabung elektron.
Gambar 2.16 : Beberapa contoh IC
F. Kumparan (Coil)
Coil adalah suatu gulungan kawat di atas suatu inti. Tergantung pada kebutuhan, yang banyak digunakan pada radio adalah inti udara dan inti ferrite. Coil juga disebut inductor, nilai induktansinya dinyatakan dalam besaran Henry (H). Dalam pesawat radio, coil digunakan :
1.Sebagai kumparan redam
2.Sebagai pengatur frekuensi
3.Sebagai filter
4.Sebagai alat kopel (penyambung)
G. Transformator (Trafo)
Transformator adalah dua buah kumparan yang dililitkan ada satu inti, inti bisa inti besi atau inti ferrite. Ia dapat meneruskan arus listrik AC dan tidak dapat untuk digunakan pada DC. Kumparan pertama disebut primer ialah kumparan yang menerima input, kumparan kedua disebut sekunder ialah kumparan yang menghasilkan output. Dalam pesawat radio, transformator digunakan:
1.Mengubah tegangan listrik (disebut Power Trafo)
2.Sebagai kopel
Selain komponen-komponen elektronika yang disebutkan diatas masih banyak lagi komponen yang digunakan dalam perangkat elektronika, seperti microphone, speaker, dan beberapa komponen lainnya.
III. ELEKTRONIKA OPTIK
Tujuan Pembelajaran
1. Siswa dapat mengetahui sejarah perkembangan monitor
2. Siswa dapat mengetahui kelebihan dan kekurangan jenis monitor
3. Siswa dapat prinsip kerja LCD.
4. Siswa dapat membedakan komponen pasif dan komponen aktif
Teori dasar
3.1. Monitor
Monitor atau yang juga disebut sebagai “computer display” merupakan komponen output yang digunakan untuk menampilkan teks atau gambar ke layar sehingga dapat dinikmati oleh pemakai.
A). Sejarah Monitor
Pada generasi awal komputer, belum menggunakan monitor khusus seperti sekarang ini. Komputer waktu itu terhubung dengan TV keluarga sebagai layar penampil dari pengolahan data yang dilakukannya. Yang cukup menjadi masalah adlaah bahwa resolusi monitor TV saat itu hanya mampu menampilkan 40 karakter secara horisontal pada layar.
Monitor khusus untuk komputer dikeluarkan oleh IBM PC, yang pada awalnya memiliki resolusi 80 X 25 dengan kemampuan warna “green monochrome”. Monitor ini sudah mampu menampilkan hasil yang lebih terang, jelas dan lebih stabil.
Pada generasi berikutnya muncul mono graphics (MGA/MDA) yang memiliki 720x350. Selanjutnya di awal tahun 1980-an muncul jenis monitor CGA dengan range resolusi dari 160x200 sampai 640x200 dan kemampuan warna antara 2 sampai 16 warna.
Monitor EGA muncul dengan resolusi yang lebih bagus yaitu 640x350. Monitor jenis ini cukup stabil sampai berikutnya munculnya generasi komputer Windows.
Semua jenis monitor ini menggunakan digital video - TTL signals dengan discrete number yang spesifik untuk mengatur warna dan intensitas cahaya. Antara video adapter dan monitor memiliki 2, 4, 16, atau 64 warna tergantung standard grafik yang dimiliki.
Selanjutnya dengan diperkenalkannya standard monitor VGA, tampilan grafis dari sebuah Personal Computer menjadi nyata. VGA dan generasi-generasi yang berhasil sesudahnya seperti PGA, XGA, atau SVGA merupakan standard analog video dengan sinyal R (Red), G (Green) dan B (Blue) dengan continuous voltage dan continuous range pada pewarnaan. Secara prinsip analog monitor memungkinkan penggunaan full color dengan intensitas yang tinggi.
Generasi monitor terbaru adalah teknologi LCD yang tidak lagi menggunakan tabung elektron CRT tetapi menggunakan sejenis kristal liquid yang dapat berpendar. Teknologi ini menghasilkan monitor yang dikenal dengan nama Flat Panel Display dengan layar berbentuk pipih, dan kemampuan resolusi yang tinggi.
B). Jenis Monitor
Dengan perkembangannya yang sangat pesat, saat ini terdapat tiga jenis teknologi monitor. Ketiga golongan teknologi tersebut adalah CRT (Cathode Ray Tube), Liquid Crystal Display (LCD) dan Plasma gas.
1. Cathode Ray Tube (CRT)
Pada monitor CRT, layar penampil yang digunakan berupa tabung sinar katoda. Teknologi ini memunculkan tampilan pada monitor dengan cara memancarkan sinar elektron ke suatu titik di layar. Sinar tersebut akan diperkuat untuk menampilkan sisi terang dan diperlemah untuk sisi gelap.
Teknologi CRT merupakan teknologi termurah dibanding dengan kedua teknologi yang lain. Meski demikian resolusi yang dihasilkan sudah cukup baik untuk berbagai keperluan. Hanya saja energi listrik yang dibutuhkan cukup besar dan memiliki radiasi elektromagnetik yang cukup kuat.
2. Liquid Crystal Display
Monitor LCD tidak lagi menggunakan tabung elektron tetapi menggunakan sejenis kristal liquid yang dapat berpendar. Teknologi ini menghasilkan monitor yang dikenal dengan nama Flat Panel Display dengan layar berbentuk pipih, dan kemampuan resolusi yang lebih tinggi dibandingkan dengan CRT. Karena bentuknya yang pipih, maka monitor jenis flat tersebut menggunakan energi yang kecil dan banyak digunakan pada komputer-komputer portabel.
Kelebihan yang lain dari monitor LCD adalah adanya brightness ratio yang telah menyentuh angka 350 : 1. Brigtness ratio merupakan perbandingan antara tampilan yang paling gelap dengan tampilan yang paling terang.
Liquid Crystal Display menggunakan kristal liquid yang dapat berpendar. Kristal cair merupakan molekul organik kental yang mengalir seperti cairan, tetapi memiliki struktur spasial seperti kristal. (ditemukan pakar Botani Austria – Rjeinitzer) tahun 1888. Dengan menyorotkan sinar melalui kristal cair, intensitas sinar yang keluar dapat dikendalikan secara elektrik sehingga dapat membentuk panel-panel datar.
Lapisan-lapisan dalam sebuah LCD:
• Polaroid belakang
• Elektroda belakang
• Plat kaca belakang
• Kristal Cair
• Plat kaca depan
• Elektroda depan
• Polaroid depan
Elektroda dalam lapisan tersebut berfungsi untuk menciptakan medan listrik pada kristal cair, sedangkan polaroid digunakan untuk menciptakan suatu polarisasi.
Dari sisi harga, monitor LCD memang jauh lebih mahal jika dibandingkan dengan monitor CRT. Dan beberapa kelemahan yang masih dimilikinya seperti kurang mampu digunakan untuk bekerja dalam berbagai resolusi, seperti misalnya monitor dengan resolusi 1024 X 768 akan terkesan agak buram jika dipekerjakan pada resolusi 640 X 420. Tatapi akhir-akhir ini kelemahan tersbut sudah mulai di atasi dengan teknik anti aliasing.
3. Plasma Gas
Monitor jenis ini menggabungkan teknologi CRT dengan LCD. Dengan teknologi yang dihasilkan, mampu membuat layar dengan ketipisan menyerupai LCD dan sudut pandang yang dapat selebar CRT.
Plasma gas juga menggunakan fosfor seperti halnya pada teknologi CRT, tetapi layar pada plasma gas dapat perpendar tanpa adanya bantuan cahaya di belakang layar. Hal itu akan membuat energi yang diserap tidak sebesar monitor CRT. Kontras warna yang dihasilkan pun lebih baik dari LCD. Teknologi plasma gas ini sering bisa kita jumpai pada saat pertunjukan-pertunjukan musik atau pertandingan-pertandingan olahraga yang spektakuler. Di sana terdapat layar monitor raksasa yang dipasang pada sudut-sudut arena tertentu. Itulah monitor yang menggunakan teknologi plasma gas.
3.2. Cara Kerja LCD
A. Konsep Liquid Crystal (Kristal Cair)
Liquid Crystal diterjemahkan kristal cair. Aneh sekali... Bukankah kristal itu seharusnya padat. Mana mungkin kristal itu berbentuk cair? Mengapa digunakan nama yang aneh?
Padat dan cair merupakan dua sifat benda yang berbeda. Molekul-molekul benda padat tersebar secara teratur dan posisinya tidak berubah-ubah, sedangkan molekul-molekul zat cair letak dan posisinya tidak teratur karena dapat bergerak acak ke segala arah. Pada tahun 1888, seorang ahli botani, Friedrich Reinitzer, menemukan fase yang berada di tengah-tengah antara fase padat dan cair. Fase ini memiliki sifat-sifat padat dan cair secara bersama-sama. Molekul-molekulnya memiliki arah yang sama seperti sifat padat, tetapi molekul-molekul itu dapat bergerak bebas seperti pada cairan. Fase kristal cair ini berada lebih dekat dengan fase cair karena dengan sedikit penambahan temperatur (pemanasan) fasenya langsung berubah menjadi cair. Sifat ini menunjukkan sensitivitas yang tinggi terhadap temperatur. Sifat inilah yang menjadi dasar utama pemanfaatan kristal cair dalam teknologi.
Gambar 3.1 : Perbedaan karakteristik molekul
Untuk memahami sensitivitas kristal cair terhadap suhu, kita bisa menggunakan yang dikenal sebagai mood ring. Mood ring dianggap sebagai cincin ajaib yang punya daya magis yang dapat membaca emosi pemakainya. Saat si pemakai sedang marah atau tegang batu cincin tersebut berubah warna menjadi hitam, sedangkan saat sedang tenang batu berwarna biru. Berbagai emosi lainnya bisa diketahui berdasarkan perubahan warna batu cincin magis ini. Magis (magical)? Ataukah fisika (physical)? Tentu saja fisika! Karena batu cincin ini diisi dengan materi kristal cair yang sangat sensitif terhadap perubahan suhu, sekecil apa pun perubahannya. Perubahan suhu menyebabkan terpilinnya struktur molekul (twist) sehingga panjang gelombang cahaya yang diserap atau direfleksikan berubah pula. Perubahan suasana hati atau emosi si pemakai cincin menyebabkan perubahan suhu tubuh yang kemudian mempengaruhi suhu kristal cair yang terkandung dalam batu tersebut. Sewaktu suhu meningkat, molekul kristal cair terpilin dan menyebabkan warna merah dan hijau lebih banyak diserap dan warna biru lebih banyak direfleksikan sehingga warna yang terlihat adalah biru tua. Warna ini menunjukkan keadaan hati yang sedang bahagia dan bergairah karena saat bahagia suhu tubuh paling tinggi (pembuluh kapiler semakin mendekati permukaan kulit dan melepaskan panas). Suhu tubuh minimum saat sedang tegang karena pembuluh kapiler masuk semakin dalam sehingga suhu turun (digambarkan dengan warna hitam sebagai warna yang ditunjukkan kristal cair pada suhu terendah). Selain temperatur, kristal cair juga sangat sensitif terhadap arus listrik (beda potensial). Prinsip semacam inilah yang digunakan dalam teknologi LCD. Ini sebabnya layar laptop terkadang terlihat berbeda di musim dingin atau saat digunakan di cuaca sangat panas.
Beberapa jenis Kristal cair yang sering digunakan adalah Nematic Liquid Crystal, Super-Twisted Nematic dan Thin-Film Transistor.
3.3. Optocoupler
Optocoupler merupakan piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian power dengan rangkaian control. Optocoupler menggabungkan LED dan fotodioda dalam satu kemasan.
Optocoupler merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Dasar rangkaian dapat ditunjukkan seperti pada gambar dibawah ini:
Gambar 3.2 : Rangkaian Optocoupler
Bagian pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda disket pada disk drive computer. Tapi pada alat yang penulis buat optocoupler untuk mendeteksi putaran.
Penggunaan dari optocoupler tergantung dari kebutuhannya. Ada berbagai macam bentuk, jenis, dan type. Seperti MOC 3040 atau 3020, 4N25 atau 4N33dan sebagainya.
Pada umumnya semua jenis optocoupler pada lembar datanya mampu dibebani tegangan sampai 7500 Volt tanpa terjadi kerusakan atau kebocoran. Biasanya dipasaran optocoupler tersedianya dengan type 4NXX atau MOC XXXX dengan X adalah angka part valuenya. Untuk type 4N25 ini mempunyai tegangan isolasi sebesar 2500 Volt dengan kemampuan maksimal led dialiri arus fordward sebesar 80 mA. Namun besarnya arus led yang digunakan berkisar antara 15mA - 30 mA dan untuk menghubungkan-nya dengan tegangan +5 Volt diperlukan tahanan pembatas.
Latihan bab 3
1. Jelaskan secara singkat 3 jenis monitor yang telah dipelajari ?
2. Bagaimana
Langganan:
Postingan (Atom)