Fisika Lingkungan

• TERMODINAMIKA

Termodinamika terdiri dari dua suku kata, yaitu termal dan dinamika. Termal dapat diartikan dengan panas, sedangkan dinamika adalah ilmu yang berkaitan dengan gerak langkah/sepak terjang. Dengan demikian termodinamika dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari tentang tingkah laku panas, hakekat panas, penyebab panas, penggunaan panas dan sebagainya. Atau dapat juga diartikan bahwa termodinamika merupakan suatu ilmu pengetahuan yang membahas hubungan antara panas dan kerja yang menyebabkan perubahan suatu zat. Dalam pembahasan ilmu termodinamika perlu batasan istilah panas agar mempunyai gambaran sehingga dapat mengambil suatu kesimpulan.

Panas sebagai bentuk energi

Panas didefinisikan sebagai bentuk energi dalam keadaan transit. Adanya energi transit ini oleh karena adanya perbedaaan temperatur antara sumber datang dengan energu yang energi. Energi itu tidak dapat dikatakan apabila ia belum mulai mengalir atau pergi/menghilang. Alat yang dipakai untuk mengukur kualitas panas dan kuantitas panas disebut dengan kalorimeter(Bomb Calorimeter)

Panas sebagai Derajat

Suatu objek dikatakan panas berarti temperatur objek tersebut dibandingkan dengan temperatur dari objek yang sama jenisnya. Alat ukurnya disebut dengan termometer, termometer ini dapat dibedakan menjadi termometer air raksa, termometer alkohol, termometer pentana, termometer termokoupel, termometer optik, termometer gas bervolume tetap.

Hubungan Termodinamika dengan Disiplin Ilmu Lainnya

Termodinamika membahas tentang sepak terjang panas. Sedangkan disiplin ilmu lainnya membahas tentang panas yang ditimbulkan oleh objek. Oleh karena itu hubungan termodinamika dengan disiplin ilmu lainnya sangat erat.

Sumber Panas

1. Panas dari Alam: cahaya matahari, panas bumi,

2. Panas buatan manusia: dari proses mekanik, dari magnet, dari bunyi, gelombnagn mikro, listrik, radiasi nuklir, cahaya lampu.

HUKUM TERMODINAMIKA

I. HUKUM KE-NOL TERMODINAMIKA (oleh R.H Fowler)

Membahas tentang dua buah substansi dengan dua keadaan berbeda(substansi I dengan keadaan I dan substansi II dengan keadaan II)

II. HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA (Joule Thompson)

- konsep energi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan energi.

- menegaskan ke ekivalenan perpindahan kalor dan perpindahan kerja.

III. HUKUM KE-DUA TERMODINAMIKA (oleh Carnot)

Membahas tentang masalah efisiensi suatu mesin yaitu suatu mesin bekerja hanya 70% saja, sdangkan 30% berupa panas terbuang. Hal ini memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energi dan memperkenalkan prinsip peningkatan entropi.

IV. HUKUM KE-TIGA TERMODINAMIKA (oleh Nerzt)

Membahas tentang kaitan antar gerakan-gerakan molekul dengan penurunan temperatur benda tersebut.

TRANSFER PANAS

konduksi, konveksi, radiasi

• METODE KONDUKSI

Mengalirnya energi termal (suatu substansi) dari s\daerah yang temperaturnya tinggi ke temperature rendah dengan jalan sentuhan. Hal ini terjadi karena adany interaksi antara atom atau molekul.

• METODE KONVEKSI

Pemindahan energi termal melalui geraikan fisik dari suatu lokasi ke lokasi yang lain dari suatu substansi dimana energi termal tersebut disimpan. Diman energi panas ditrasfer/dipindahkan melalui aliran fluida/zat alir.

• METODE RADIASI

Energi panas diradiasi/dipancarkan oleh zat cair, padat, dan gas sebagai hasil dari temperatur mereka sendiri. Pancaran dapat berupa :

Gelombang elektromagnetik/seluruh spektrum elektromagnetik

Spektrum gelombang radio, infarmerah, cahaya tampak, ultraviolet.

Bagian dari sinar X(X-ray) dan sinar g(g-ray).

Benda panas dari bumi.

• METODE EVAPORASI

Merupakan proses dimana suatu substansi dalam keadaan cair berubah menjadi keadaan uap (penguapan). Alat ukur evaporasi ada 3 golongan :

Atmometer : alat untuk mengukur daya penguapan atmosfer.

Evaporimeter : alat untuk mengukur penguapan pada permukaan air.

Evapotranspirometer : mengukur evapotranspirasi.

PERTUKARAN PANAS/HEAT EXCHANGE

Ada dua pengertian dalam pertukaran panas yaitu:

· Suatu proses terjadi pemindahan panas melalui zat alir (fluida) yang mengalir dari suatu tempat ke tempat lain (melalui pompa) dengan akibat benda/tempat yang dilewati menjadi dingin oleh panasnya ikut serta dalam aliran zat alir.

· Suatu proses pemberian panas kepada suatu benda yang tadinya mempunyai suhu yang lebih rendah.

Berdasarkan pengertian diatas maka pertukaran panas digolongkan dalam 2 golongan besar, yaitu:

Proses Pemindahan Panas.

Suatu proses dimana suatu material menjadi dingin disebabkan adanya aliran zat alir (fluida) melalui suatu pipa.zat alir yang dipakai adalah Freon.

Proses Pemberian Panas.

Suatu yang dingin, bisa menjadi panas dengan memanggang 9pemanasan di atas perapian). Contohnya pemanasan kapur over.

sumber : artikel

Penerapan Hukum-Hukum Newton Tentang Gerak di Lingkungan Sehari-Hari

Isaac Newton

Hukum-hukum Newton tentang gerak dapat menjelaskan beberapa peristiwa gerak dalam kehidupan sehari-hari. Sebagai contoh, alasan mengapa pengendara mobil dianjurkan untuk menggunakan sabuk pengaman? Menurut Hukum I Newton suatu benda akan cenderung mempertahankan kedudukannya. Jika benda diam, cenderung tetap diam, dan jika benda bergerak cenderung terus bergerak. Ketika naik mobil ada dua kemungkinan yang terjadi, yaitu mobil diam tiba-tiba bergerak dan ketika melaju kencang tiba-tiba mobil direm mendadak. Pada kemungkinan pertama(mobil diam tiba-tiba bergerak ),tidak terlalu berbahaya karena tubuh akan tertahan oleh jok mobil, tetapi pada kemungkinan kedua (mobil tiba-tiba di rem) sangat berbahaya karena tubuh akan cenderung bergerak dan jika tidak menggunakan sabuk pengaman tubuh bisa terhenyak pada dashboard mobil. Seseorang akan mengalami gaya tekan dasboard mobil sebesar 10 kali berat badannya jika dihentikan mendadak pada kelajuan 70 km/jam.

Dengan menggunakan sabuk pengaman kecelakaan semacam itu dapat diminimalisiasi. Mobil-mobil terbaru selain dilengkapi sabuk pengaman, juga ditambah dengan balon udara yang akan menggembung jika terjadi tabrakan. Sabuk Pengaman Mengapa mobil perlu terus-menerus diinjak pedal gasnya agar kelajuan sepeda motor konstan? Selain gaya dorong mesin, mobil juga mengalami gaya-gaya gesekan baik dari mesin maupun udara. Menurut Hukum I Newton, agar benda bergerak dengan kelajuan konstan, resultan gaya harus sama dengan nol. Karena itu gaya gesekan ini harus diimbangi Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 6 Penerapan Hukum-hukum Newton dalam Gerak 6 - 7 dengan gaya tarik/dorong mesin sepeda motor dengan cara digas. Ketika mobil bergerak dengan kelajuan konstan, gaya dorong mesin sama dengan gaya gesek. 

Mobil dan Gaya Gesekan Mengapa sepeda balap dirancang seringan mungkin? Sepeda Balap Dibuat Seringan Mungkin Menurut Hukum II Newton semakin ringan sepeda yang digunakan, semakin sedikit gaya yang harus diberikan agar sepeda melaju dengan percepatan tertentu. Semakin ringan sepeda berarti waktu yang diperlukan untuk mencapai kecepatan tertentu juga semakin cepat atau dapat dikatakan akselerasinya tinggi. Hal ini tentunya juga dapat menghemat tenaga bagi pembalap. Karena itu, sepeda balap dibuat dari bahan khusus yang sangat kuat, tetapi juga sangat ringan. Mengapa seorang karateka harus mempunyai kuda-kuda yang kokoh? Karateka dan Kuda-kudanya Menurut Hukum III Newton, setiap ada aksi selalu ada reaksi. Menurut Hukum I Newton, benda yang memiliki inersia besar akan sulit digerakkan dan kalau Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 6 Penerapan Hukum-hukum Newton dalam Gerak 6 - 8 bergerak sulit dihentikan. 

Dengan kuda-kuda yang baik, seorang karateka seolah-olah menyatu dengan lantai sehingga inersianya besar. Dengan demikian, tidak mudah roboh ketika terpukul lawan. Apa sajakah aplikasi Hukum I, II dan III Newton dalam bidang pekerjaan? Hukum I, II dan III Newton amat diperlukan dalam berbagai bidang pekerjaan terutama yang berkaitan dengan mekanika. Perancangan dan konstruksi bangunan misalnya banyak memanfaatkan Hukum I dan III Newton tentang gerak karena konstruksi bangunan lebih banyak memerlukan kajian statika atau mekanika pada benda-benda diam. Sementara, para insinyur yang bekerja dengan benda-benda bergerak sering memerlukan perhitungan yang cermat terkait dengan penerapan Hukum II Newton tentang gerak. 

Berbagai Kegiatan Mekanika Beberapa contoh permasalahan mekanika yang lain antara lain sebagai berikut. Dua buah balok dihubungkan dengan sebuah tali ringan melalui sebuah katrol yang tanpa gesekan. Benda 50 kg terletak di atas lantai yang memiliki koefisien gesekan 0,2, sementara benda 30 kg tergantung di udara. Berapakah percepatan sistem benda? Jawab Sketsa gaya-gaya yang bekerja pada sistem benda dapat digambarkan sebagai berikut (Gambar 6.8). Gambar 6.8 Gaya-gaya yang Bekerja pada Sebuah Benda dan Diagram Gayanya Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 6 Penerapan Hukum-hukum Newton dalam Gerak 6 - 9 Karena terdapat gesekan antara balok 1 dan lantai, berlaku rumus: f N m g N ges = μ. = μ. . = 0,2.50.9,8 = 98 m .a T 98N 1 = − Pada m2, berlaku rumus: g m .a 2 2 − = Jika dua buah persamaan tersebut dijumlahkan, akan didapatkan: 2,4 s2 m Jadi percepatan sistem benda adalah 2,4 m/s2. Dua buah balok dihubungkan dengan sebuah tali ringan melalui sebuah katrol yang tanpa gesekan.

Benda 50 kg terletak di atas lantai yang memiliki koefisien gesekan 0,8, sementara benda 30 kg tergantung di udara. Berapakah percepatan sistem benda? Jawab Sketsa gaya-gaya yang bekerja pada sistem benda dapat digambarkan sebagai berikut. Gaya-gaya yang Bekerja pada Sebuah Benda dan Diagram Gayanya Karena terdapat ada gesekan antara balok 1 dan lantai, berlaku rumus: f N m g N ges = μ. = μ. . = 0,8.50.9,8 = 392 392N Pada m2, berlaku rumus: Jika dua buah persamaan tersebut dijumlahkan akan didapatkan: 1,2 s2 a = − m Meskipun secara matematis perhitungan tersebut benar, dalam kenyataannya tidak mungkin benda bergeser ke kiri. Inilah salah satu sifat gaya gesekan yang penting. Jika gaya tarik besarnya lebih kecil daripada gaya gesekan, Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 6 Penerapan Hukum-hukum Newton dalam Gerak 6 - 10 benda masih dalam keadaan diam. Jadi, karena gaya tarik 294 N sementara gaya gesekan statis maksimum adalah 392, sesungguhnya benda tetap diam.

Menurut hukum I Newton, besarnya gaya gesekan adalah 294, yakni saling menghilangkan dengan gaya tarik yang disebabkan oleh benda 2. Balok A massanya 2 kg dan balok B massanya 3 kg terletak di atas lantai yang licin sempurna sebagaimana Gambar 6.10 di bawah. Sistem Dua Buah Balok Dikenai Gaya Jika balok A mendapatkan gaya dorong sebesar 50 N, carilah: a) percepatan tiap-tiap balok! b) gaya aksi-reaksi antara balok A dan balok B! Jawab: Percepatan tiap-tiap balok dapat dihitung dari perbandingan gaya dengan keseluruhan massa sistem. 10 . 5 50 s2 N m m m a F A B = = + Σ = Jadi percepatan sistem benda adalah 10 m/s2. Untuk mencari gaya aksi reaksi antara kedua balok kita dapat menerapkan hukum II Newton untuk salah satu balok. Misalnya balok A resultan gaya adalah selisih gaya dorong dan gaya reaksi balok B ( BA f ). Pada balok A berlaku rumus: 2 50 50 BA A BA A f m f m a F − = − = Σ = f N BA 50 − = 2.10 = 20 Jadi = 30 N Gaya tersebut sama dengan gaya yang diterima oleh balok B akibat aksi balok A Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 6 Penerapan Hukum-hukum Newton dalam Gerak 6 - 11 Rangkuman 1. Permasalahan gerak dalam kehidupan sehari-hari dapat dijelaskan dengan menggunakan Hukum Newton tentang gerak. 2. Permasalahan gerak pada benda diam dan benda bergerak dengan kelajuan konstan dapat dianalisis dengan Hukum-hukum Newton I tentang gerak. 3. Permasalahan gerak pada benda yang bergerak dengan percepatan konstan dapat dianalisis dengan Hukum-hukum Newton II tentang ergak. 4. Permasalahan yang terkait dengan hubungan antar benda-benda dapat dianalisis dengan Hukum-hukum Newton III tentang gerak.

sumber :  artikel

Penerapan Hukum Pascal di Kehidupan Sehari-hari

Blaise Pascal

1. Dongkrak hidrolik

Prinsip kerja dongkrak hidrolik adalah dengan memanfaatkan hukum Pascal.  Dongkrak hidrolik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing-masing ditutup dan diisi air. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat. definisi dongkrak hidrolik adalah jenis pesawat dengan prinsip hukum pascal yang berguna untuk memperingan kerja. Dongkrak ini merupakan system bejana berhubungan (2 tabung) yang berbeda luas penampangnya. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat.

 2. Rem Hidrolik

Pada rem hidrolik terdapat pipa-pipa hidrolik yang berisi cairan berupaminyak rem. Pada ujung-ujung pipa ini terdapat piston penggerak yaitu pistonpedal dan piston cakram. Pipa dan piston inilah yang memegang peranan pentingdimana konsep dan sterukturnya telah didesain sedemikian rupa sehingga sesuaidengan hukum pascal, dengan tujuan menghasilkan daya cengkram yang besardari penginjakan pedal rem yang tidak terlalu dalam.

Penyesuaian terhadap hukum pascal yang dumaksud adalah dengan mendesain agar pipa pada pedal remlebih kecil daripada pipa yang terhubung dengen piston cakram. Saat pedal rem diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akanmendorong piston pedal dalam sehingga minyak rem yang berada pada pipa akanmendapatkan tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal akan diteruskan ke segalaarah di permukaan pipa termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung dengan piston cakram.   Saat pedal rem diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akanmendorong piston pedal dalam sehingga minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal akan diteruskan ke segalaarah di permukaan pipa termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung dengan pistoncakram.

Karena luas permukaan piston cakram lebih besar daripada piston pedalmaka gaya yang tadinya digunakan untuk menginjak pedal rem akan diteruskanke piston cakram yang terhubung dengan kanvas rem dengan jauh lebih besarsehingga gaya untuk mencengkram cakram akan lebih besar pula. Cakram yang besinggungan dengan kanvas rem akan menghasilkan gaya gesek, dan gaya gesek adalah gaya yang bernilai negative maka dari itu cakram yang ikut berputarbersama roda semakin lama perputarannya akan semakin pelan, dan inilah yangdisebut dengan proses pengereman. Selain itu karena diameter dari cakram yanglebih lebar juga ikut membantu proses pengereman. Hal itulah yang menyebabkansystem kerja rem cakram hidrolik lebih efektif daripada rem konvensional (remtromol)

  3. Pompa Hidrolik

Pompa hidrolik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi tekan). Pompa ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidrolik. Pompa hidrolik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidrolik dan mendorongnya kedalam sistem hidrolik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidrolik.

Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidrolik, dan aktuator. Pompa hidrolik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement pump (Aziz, 2009). Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi hidrolik menjadi energi mekanik yaitu motor hidrolik dan aktuator. Motor hidrolik mentransfer energi hidrolik menjadi energi mekanik dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem merubahnya menjadi energi putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi, pompa dan lain-lain

  4. Alat Press Hidrolik

Pers hidrolik tergantung pada prinsip Pascal : yang tekanan seluruh sistem tertutup adalah konstan. Salah satu bagian dari sistem adalah piston bertindak sebagai pompa, dengan kekuatan mekanik sederhana yang bekerja pada luas penampang kecil, bagian lain adalah piston dengan luas yang lebih besar yang menghasilkan kekuatan mekanis Sejalan besar. Hanya berdiameter kecil pipa (yang lebih mudah menolak tekanan) diperlukan jika pompa dipisahkan dari silinder tekan.

Hukum Pascal: Tekanan pada fluida terbatas ditransmisikan berkurang dan bertindak dengan kekuatan yang sama pada bidang yang sama dan pada 90 derajat ke dinding kontainer.

Sebuah cairan, seperti minyak , dipindahkan ketika piston baik didorong ke dalam. Piston kecil, untuk jarak tertentu gerakan, memindahkan jumlah yang lebih kecil dari volume yang dari piston besar, yang sebanding dengan rasio area kepala piston. Oleh karena itu, piston kecil harus dipindahkan jarak besar untuk mendapatkan piston besar untuk bergerak secara signifikan. Jarak piston besar akan bergerak adalah jarak yang piston kecil akan dipindahkan dibagi dengan rasio bidang kepala piston. Ini adalah bagaimana energi, dalam bentuk kerja dalam hal ini, adalah kekal dan Hukum Konservasi Energi puas. Pekerjaan kali kekuatan jarak, dan karena kekuatan meningkat pada piston lebih besar, jarak kekuatan diterapkan atas harus berkurang.

Cairan bertekanan digunakan, jika tidak dihasilkan secara lokal oleh tangan atau pompa mekanis bertenaga, dapat diperoleh dengan membuka katup yang terhubung ke akumulator hidrolik atau pompa terus berjalan tekanan yang diatur oleh katup buang. Bila diinginkan untuk menghasilkan kekuatan yang lebih dari tekanan yang tersedia akan memungkinkan, atau menggunakan lebih kecil, lebih tinggi tekanan silinder untuk menghemat ukuran dan berat, sebuah intensifier hidrolik dapat digunakan untuk meningkatkan tekanan yang bekerja pada silinder tekan.

Ketika tekanan pada silinder tekan dilepaskan (cairan kembali ke reservoir), gaya dibuat dalam pers dikurangi menjadi nilai yang rendah (yang tergantung pada gesekan segel silinder itu. Piston utama tidak menarik kembali ke aslinya posisi kecuali sebuah mekanisme tambahan digunakan.'

sumber :Foto Pascal, Penerapan Hukum Pascal,  Foto Dongkrak Hidrolik, Foto Rem Hidrolik, Foto Pompa Hidrolik,Foto Alat Press Hidrolik

Hukum Archimedes dan Penerapannya Dalam Lingkungan

"apabila sebuah benda sebagian atau seluruhnya terbenam kedalam air, maka benda tersebut akan mendapat gaya tekan yang mengarah keatas yang besarnya sama dengan berat air yang dipindahkan oleh bagian benda yang terbenam tersebut"

ternyata, di kehidupan sehari-hari tanpa kita sadari begitu banyak benda-benda yang merupakan penerapan dari ilmu fisika. berikut ini adalah benda-benda yang penerapannya berdasarkan hukum archimedes.

a. Hidrometer

Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. Alat ini digunakan utuk mengetahui bahwa air accu sudah tidak dapat digunakan.lagi. Penggunaan Hidrometer , yaitu mencelupkan nya pada zat cair yang yang akan diukur massa jenisnya.

b. Jembatan Ponton

Jembatan ponton dibuat dari drum-drum berongga yang dijajarkan melintang aliran sungai. Jembatan ponton dibuat dengan memanfaatkan hukum Archimedes. Volume air yang dipindahkan menghasilkan gaya apung yang mampu menahan berat drum dan benda-benda yang melintas diatasnya. Setiap drum penyusun jembatan harus tertutup agar air tidak dapat masuk kedalamnya.



c.Kapal Selam

Kapal selam dapat diposisikan mengapung, melayang, dan tenggelam di dalam air laut. Oleh karena itu, kapal selam sangat cocok digunakan dalam bidang militer dan penelitian. Bentuk badan kapal selam dirancang agar dapat melayang, mengapung, dan tenggelam dalam air. Selain itu, dirancang untuk menahan tekanan air dikedalaman laut.
Badan kapal selam diberi rongga udara yang berfungsi sebagai tempat masuk dan keluarnya air atau udara. Rongga udara terletak di lambing kapal. Rongga tersebut dilengkapi dengan katup bagian atas dan bawahnya.
Ketika rongga terisi udara, volume air yang dipindahkan sama dengan berat kapal, kapal selam mengapung. Ketika rongga katup atas dan bawah pada rongga kapal dibuka, udara dalam rongga keluar atau air masuk mengisi rongga tersebut. Akibatnya, kapal selam mulai tenggelam. Katup akan ditutup jika kapal selam telah mencapai kedalaman yang diinginkan. Dalam keadaan tersebut, kapal selam dalam keadaan melayang. Jika katup udara pada rongga dibuka kembali, volume air dalam rongga akan bertambah sehingga kapal selam akan tenggelam.
Jika kapal selam akan muncul ke permukaan dari keadaan tenggelam, air dalam rongga dipompa keluar sehingga rongga hanya terisi udara. Dengan demikian, kapal selam mengalami gaya apung sama dengan berat kapal selam. Akibatnya, kapal selam akan naik ke permukaan dan mengapung.

d.Balon Udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang bermassa jenis lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer, sehingga, balon udara dapat terbang karena mendapat gaya keatas, misalnya diisi udara yang dipanaskan


d. video penerapan hukum archimedes




sumber : poto , penerapan hukum archimedes , bunyi hukum archimedes