Getaran

Getaran adalah peristiwa gerak bolak-balik sebuah benda terhadap suatu titik keseimbangan. Dalam kehidupan sehari-hari kita mengenal kata getaran, seperti getaran bumi pada saat terjadi gempa bumi, getaran tubuh saat menggigil kedinginan, dan sebagainya.

Pengertian Getaran

Sebetulnya, apa itu yang dimaksud dengan getaran? Getaran adalah peristiwa gerak bolak-balik sebuah benda terhadap suatu titik kesetimbangan. Contoh getaran sederhana di antaranya: getaran beban yang digantung pada ujung pegas, getaran senar gitar pada saat dipetik, getaran pada bandul sederhana, getaran atom pada zat padat, dan sebagainya.

Jenis Getaran

Getaran ada dua jenis, yaitu getaran mekanis dan getaran nonmekanis. Getaran mekanis adalah getaran dimana benda yang bergetar mengalami pergeseran linear atau pergeseran sudut. Sedangkan, getaran nonmekanis melibatkan perubahan pada besaran-besaran fisika. Contoh-contoh getaran di atas merupakan getaran mekanis, sedangkan contoh getaran nonmekanis di antaranya adalah medan listrik dan medan magnet.

Mula-mula beban berada pada posisi A, kemudian kita tarik sedemikian sehingga sampai pada posisi B. Apa yang terjadi? Beban kembali ke posisi A, kemudian ke posisi C, dan kembali ke posisi A, begitu seterusnya. Terlihat bahwa beban melakukan gerak bolak-balik terhadap titik kesetimbangan (A).

Jarak antara posisi benda saat bergetar dengan posisi pada keadaan setimbang disebut simpangan. Simpangan terjauh disebut amplitudo. Dalam bahasan getaran, kita mengenal istilah baru, yaitu periode dan frekuensi.

Istilah Dalam Getaran

Dalam bahasan getaran, kita mengenal istilah baru, yaitu periode dan frekuensi.

Periode Getaran

Untuk memahami pengertian periode getaran dapat dilakukan dengan percobbaan berikut.

1. Pasangkan salah satu ujung pegas dengan beban dan ujung yang lain pada statif, seperti pada gambar.
2. Tarik beban lurus ke bawah, dan tandai posisi awal dari beban pada statif dengan menggunakan pita, kemudian lepaskan beban.
3. Hitung waktu yang diperlukan bagi beban untuk melewati pita sebanyak n kali dengan stopwatch.

Jika diperhatikan, nilai  pada setiap baris memiliki nilai yang sama. Nilai perbandingan inilah yang kita katakan sebagai periode suatu getaran. Jadi, periode adalah selang waktu yang diperlukan sebuah benda untuk melakukan satu getaran lengkap. Dalam Sistem Internasional (SI), periode dilambangkan dengan T dan memiliki satuan sekon (s).

dengan:

T = periode (sekon)
t = waktu (sekon)
n = banyak getaran

Walaupun simpangan pada pegas diperbesar, nilai dari periode tidak akan berubah. Dengan kata lain, periode getaran tidak dipengaruhi oleh besar amplitudo. Pada gambar getaran di halaman sebelumnya, satu periode berarti waktu yang diperlukan oleh beban untuk bergerak dari B ke B lagi dengan lintasan B – A – C – A – B.

Frekuensi Getaran

Frekuensi adalah banyaknya getaran dalam satu detik. Dalam Sistem Internasional (SI), frekuensi dilambangkan dengan f dan memiliki satuan Hertz (Hz).

dengan:

f = frekuensi (Hz)
t = waktu (sekon)
n = banyak getaran

Karena frekuensi adalah kebalikan dari periode, maka di antara keduanya berlaku hubungan :

Gaya Dan Pengertian

Daya diartikan sebagai laju dalam suatu usaha. Karena usaha terjadi seiring dengan perubahan energi, maka daya juga didefinisikan sebagai perubahan laju energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Berdasarkan definisi ini, satuan daya adalah J/s. Sebagaimana yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, dalam SI satuan daya dikenal dengan istilah watt, disimbolkan W.

Pengertian Daya

Daya adalah laju dalam suatu usaha atau perubahan laju energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Konsep daya diberikan untuk menyatakan besarnya usaha yang telah dilakukan dalam satuan waktu.

Persamaan Daya

Secara matematis, definisi ini dapat ditulis sebagai berikut:

dengan:

P = daya (watt, W)
W = usaha (Joule, J)
t = selang waktu (sekon, s)

karena W = Fs dan s = vt maka persamaan di atas dapat diturunkan menjadi:

P = F v

dengan:

P = daya (watt, W)
F = gaya (Neton, N)
v = kecepatan (m/s)

Contoh Soal

Sebuah mobil yang mogok didorong oleh beberapa orang dengan gaya sebesar 100 N. Jika mobil tersebut berpindah sejauh 4 meter dalam waktu 20 detik, berapakah daya dari pendorong tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui: F = 100 N ; t =20 s ; s = 4 m

Ditanya: P ?

Jawab:

W = Fs = 100 N × 4 m = 400 J

P =  = 20 J/s = 20 watt

Jadi, daya pendorong itu adalah 20 watt.

Bejana Berhubungan

Bejana berhubungan adalah suatu wadah atau bejana yang tidak memiliki sekat atau saling berhubungan. Jika bejana ini diisi zat cair yang sejenis, maka permukaan zat cair ini akan sama tinggi. Namun, jika zat cair yang diisikan berbeda jenis, maka permukaannya tidak akan sama tinggi.

Bejana Berhubungan

Pernahkah kita melihat dua bejana atau lebih yang bagian dasarnya saling berhubungan? Bagaimana keadaan zat cair yang diisikan ke dalam bejana berhubungan? Air dalam bejana berhubungan selalu membentuk permukaan datar. Hal ini sesuai dengan hukum bejana berhubungan yang berbunyi jika bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama dan dalam keadaan seimbang atau diam maka permukaan zat cair terletak pada satu bidang datar.

Sifat bejana berhubungan tidak berlaku dalam kondisi berikut ini.

Sifat bejana berhubungan

1. Bejana berhubungan berisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak dapat bercampur, zat cair yang massa jenisnya lebih kecil permukaannya lebih tinggi;
2. Salah satu mulut bejana berhubungan tertutup sehingga tekanan di permukaan zat cair tidak sama, permukaan zat cair dalam bejana yang mulutnya tertutup lebih tinggi dibandingkan dengan permukaan zat cair pada mulut bejana yang tidak tertutup;
3. Jika dalam bejana berhubungan terdapat pipa kapiler;
4. jika zat cair dalam bejana berhubungan digoncang-goncangkan atau zat cairnya bergerak.

Jika bejana berhubungan diisi dengan dua macam zat cair yang  tidak dapat bercampur, bagaimana permukaan zat cair itu? Perbandingan tinggi setiap zat cair dapat dicari dengan hukum utama hidrostatika.

Perbedaan Jenis zat cair dalam bejana berhubungan

Jika kita perhatikan, permukaan minyak dan permukaan air tidak mendatar dan kedua pemukaan tersebut tidak sejajar. Permukaan minyak akan lebih tinggi daripada permukaan air karena adanya perbedaan massa jenis zat cair dalam kedua pipa, yaitu massa jenis minyak yang lebih kecil daripada massa jenis air.

Berdasarkan pengertian tekanan hidrostatis, maka tekanan yang dilakukan zat cair yang sejenis pada kedalaman yang sama adalah sama besar. Dengan menerapkan pengertian tekanan hidrostatis dan membuat bidang batas antara zat cair yang berbeda jenis diperoleh:

P₁ = P₂ atau ρ₁ h₁ = ρ₂ h₂

Misalnya, suatu bejana berhubungan diisi dua macam zat cair yang tidak dapat bercampur dengan berat jenis masing-masing s₁ dan s₂. Tarik garis pada batas permukaan kedua zat cair itu (garis AB). Sesuai dengan hukum utama hidrostatika, tekanan di A sama dengan tekanan di B.

Jadi,

P_A = P_B
h₁ s₁ = h₂ s₂
h₁ ρ₁ g = h₂ ρ₂ g
h₁ ρ₁ = h₂ ρ₂ atau h₁ : h₂ = ρ₁ : ρ₂

dengan:

ρ₁ = massa jenis zat cair pertama
ρ₂ = massa jenis zat cair kedua
h₁ = tinggi permukaan zat cair pertama di atas batas
h₂ = tinggi permukaan zat cair kedua di atas batas

Benda Dengan Sifat Bejana Berhubungan

Peralatan sehari-hari yang menggunakan prinsip bejana berhubungan misalnya teko dan alat penyemprot tanaman.

Tekanan Pada Zat Padat Dan Zat Cair

Tekanan adalah besarnya gaya per satuan luas permukaan tempat gaya itu bekerja. Tekanan dalam kehidupan sehari-hari dapat kita temuai pada bekas telapak kaki, pada saat kita berenang. Tujuan mempelajari tekanan adalah untuk memahami hubungan antara gaya, tekanan, dan luas daerah yang dikenai gaya.

Tekanan Pada Zat Padat Dan Zat Cair

Tekanan Pada Zat Padat

Tekanan pada zat padat merupakan ilustrasi yang nyata untuk dapat memahami pengertian tekanan. Ketika ayam dan itik bersama-sama berjalan di tanah yang becek bekas telapak kaki ayam lebih dalam dibandingkan bekas telapak kaki itik. Hal ini disebabkan luas bidang singgung kaki ayam lebih kecil dibandingkan luas bidang singgung kaki itik. Akibatnya, tekanan oleh kaki ayam lebih besar dibandingkan tekanan oleh kaki itik.

Pada waktu memotong sayuran dengan menggunakan pisau tajam lebih mudah dibandingkan menggunakan pisau tumpul. Hal ini disebabkan luas bidang tekan pisau tajam lebih kecil dibandingkan luas bidang tekan pisau tumpul. Akibatnya, pisau tajam akan memberikan tekanan yang lebih besar dibandingkan tekanan yang diberikan oleh pisau tumpul sehingga pisau tajam lebih mudah untuk
memotong sayuran.

Tekanan adalah besar gaya yang bekerja pada benda tiap satuan luas bidang. Besar tekanan dapat ditulis dalam bentuk rumus berikut.

Dengan:

p = tekanan (Nm^-2)
F = gaya tekan (N)
A = luas bidang permukaan (m²)

Satuan tekanan Nm-2 dapat juga dinyatakan dalam satuan pascal (Pa). Satuan ini untuk mengenal salah satu ilmuwan yang mempelajari tekanan, yaitu Blaise Pascal.

Tekanan Pada Zat Cair (Tekanan Hidrostatis)

Tekanan pada zat cair atau tekanan hidrostatis, besarnya bergantung pada kedalaman atau ketinggian dari permukaan zat cair,massa jenis, dan percepatan gravitasi. Konsep tekanan pada zat cair (tekanan hidrostatis) dapat kita temui pada saat kita berenang di dalam air, badan kita terasa terdorong ke atas. Berarti air memberikan gaya ke atas pada tubuh kita. Gaya itu bersifat melawan berat benda di dalam air. Itulah yang menyebabkan benda di dalam air terasa lebih ringan. Karena gaya tersebut bekerja pada suatu bidang maka benda itu dapat dikatakan mengalami tekanan dan air. Dengan kata lain air, atau zat cair, mampu memberikan tekanan.

Untuk memahami hal ini, coba kita perhatikan aliran air yang diberi tiga lubang bagian atas (A), tengah (B), dan bawah (C)! Pancaran air paling jauh ditunjukkan oleh lubang bawah (C), lalu tengah (B), kemudian atas (A). Hal ini menunjukkan bahwa tekanan pada lubang bawah (C) lebih besar daripada tekanan pada lubang tengah (B) dan lubang atas (A). (PC > PB > PA).

Percobaan Tekanan Pada Zat Cair

Pancaran air dalam tabung yang diberi tiga lubang

Secara matematis tekanan hidrostatis dirumuskan:

p_h = ρ . g . h

Dengan:

p_h = tekanan hidrostatis (Nm^-2 atau Pa)
ρ = massa jenis zat cair (kgm^-3)
g = percepatan gravitasi (ms^-2)
h = kedalaman atau ketinggian dari permukaan zat cair (m)

Rumus di atas mempunyai arti bahwa makin ke dalam dari permukaan zat cair, tekanannya makin besar. Itulah sebabnya bagian dasar pada bendungan atau tanggul air lebih tebal dari pada bagian atasnya, hal ini betujuan untuk menahan tekanan air.

Hubungan Atom, Ion, Dan Molekul

Hubungan atom, ion, dan molekul dengan produk kimia dapat kita temuai pada bakso. Bila kita membeli bakso, di depan kita sering tersaji berbagai macam sajian untuk menambah selera makan, misalnya garam dapur, saos, kecap, sambal, dan cuka. Garam dapur biasa digunakan untuk menambah rasa asin, sedang cuka digunakan untuk menambah rasa asam.

Garam dapur yang dalam bahasa kimianya natrium klorida memiliki rumus NaCl. Garam dapur (NaCl) tersusun atas ion-ion, yaitu ion positif yang berasal dari natrium (Na⁺) dan ion klorida (Cl^–) sebagai ion negatif.

Adapun pada cuka (Asam Asetat) memiliki rumus molekul CH₃COOH. Asam asetat tersusun atas dua atom C (karbon), empat atom H (hidrogen), dan dua atom O (oksigen). Semua atom dalam asam asetat bersatu membentuk senyawa dengan perbandingan tertentu.

Kadang kita juga sering melihat tulisan dalam label cuka yaitu 25%. Hal ini menunjukkan bahwa dalam 100 mL larutan cuka, 25 mL adalah cuka dan 75 mL adalah pelarut/pengencer yang biasanya menggunakan air.

Hubungan Atom, Ion, Dan Molekul Dengan Produk Kimia Sehari-hari

Banyak benda-benda di sekitar kita yang pengolahannya menggunakan reaksi kimia atau biasa disebut sebagai produk kimia. Pembuatan detergen, margarin, air murni, dan asam sulfat serta garam dapur adalah contoh pemanfaatan konsep atom, molekul dan ion pada produk kimia sehari-hari. Mari kita bahas satu persatu.

Pembuatan Detergen

Oleh karena berkurangnya tanaman yang menghasilkan minyak sementara jumlah penduduk semakin banyak maka kebutuhan manusia akan sabun tidak tercukupi. Melalui kemajuan teknologi, ditemukanlah bahan pencuci sintetis, yaitu detergen. Ada dua jenis detergen sebagai berikut.

• Detergen keras: sukar diuraikan oleh bakteri sehingga menimbulkan pencemaran lingkungan.

• Detergen lunak: dapat diuraikan oleh bakteri sehingga tidak terlalu menimbulkan pencemaran.

Adapun bahan pembuat detergen adalah sebagai berikut.

1. Bahan penurun tegangan permukaan

Bahan penurun tegangan permukaan digunakan untuk memudahkan mengikat kotoran dan menimbulkan busa, antara lain sebagain berikut.

• Alkil Benzen Sulfonat (ABS) + NaOH menghasilkan Natrium Alkil Benzen Sufonat (detergen keras).

• Lauril Asam Sulfat (LAS) + NaOH menghasilkan Natrium Lauril Sulfat (detergen lunak)

2. Bahan penunjang

Bahan penunjang pada detergen digunakan STPP (Sodium Tri Poli Phosphat/Natrium Tri Poli Phosphat) berfungsi menunjang kerja bahan penurun tegangan permukaan.

3. Bahan pengisi

Bahan pengisi detergen digunakan untuk memperbesar volume materi.

4. Bahan pengikat

Sebagai bahan pengikat digunakan air, yaitu untuk mencampurkan semua bahan (media).

5. Bahan tambahan

Sebagai bahan tambahan digunakan CMC (Carboxy Metyl Cellulose), agar kotoran yang terikat detergen tidak melekat kembali ke bahan yang dicuci.

6. Bahan pewangi dan pewarna

Bahan pewangi dan pewarna digunakan agar detergen mempunyai warna dan aroma yang spesifik untuk membedakan dengan merk lain dan sesuai dengan warna dan aroma yang diminati konsumen.

Semua bahan dicampur dan dapat dibentuk pasta (krim) atau disemprotkan lewat menara sehingga menghasilkan butiran-butiran.

Pembuatan Garam Dapur

Garam dapur digunakan oleh ibu-ibu bumbu masak. Garam dapur berasa asin, masakan yang kurang garam berasa hambar. Molekul garam dapur terdiri dari satu atom natrium (Na) yang bergabung dengan satu atau chlor (Cl) menjadi molekul NaCl.

Pembuatan garam dapur dapat dilakukan dengan proses sebagai berikut.

1. Air laut masuk ke kolam/tambak penampungan air laut, saat terjadi pasang naik.

1. Air laut yang sudah masuk kolam, mengalami pemanasan oleh sinar matahari, sehingga didapat kristal-kristal garam dapur NaCl yang belum steril.

1. Kristal garam dapur diambil di proses di pabrik guna sterilisasi dan pembersihan.

Pembuatan deterjen dan garam dapur diatas merupakan penerapan dari hubungan atom, ion, dan molekul dengan produk kimia sehari-hari.

Pengertian & pengukuran Temperatur

Temperatur dapat didefinisikan sebagai sifat fisik suatu benda untuk menentukan apakah keduanya berada dalam kesetimbangan termal. Dua buah benda akan berada dalam kesetimbangan termal jika keduanya memiliki temperatur yang sama.

Pengukuran Temperatur

Apabila dua benda berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga maka keduanya berada dalam kesetimbangan termal. Pernyataan seperti ini dikenal sebagai hukum ke nol termodinamika, yang sering mendasari pengukuran temperatur. Materi mengenai termodinamika akan kita pelajari lebih mendalam di Kelas XI. Berdasarkan prinsip ini, jika kita ingin mengetahui apakah dua benda memiliki temperatur yang sama maka kedua benda tersebut tidak perlu disentuh dan diamati perubahan sifatnya terhadap waktu, yang perlu dilakukan adalah mengamati apakah kedua benda tersebut, masing-masing berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga? Benda ketiga tersebut adalah termometer.

Benda apapun yang memiliki sedikitnya satu sifat yang berubah terhadap perubahan temperatur dapat digunakan sebagai termometer. Sifat semacam ini disebut sebagai sifat termometrik (thermometric property). Senyawa yang memiliki sifat termometrik disebut senyawa termometrik.

Temperatur zat yang diukur sama besarnya dengan skala yang ditunjukkan oleh termometer saat terjadi kesetimbangan termal antara zat dengan termometer. Jadi, temperatur yang ditunjukkan oleh termometer sama dengan temperatur zat yang diukur.

Zat cair yang umum digunakan dalam termometer adalah air raksa. Hal ini dikarenakan air raksa memiliki keunggulan dibandingkan zat cair lainnya. Keunggulan air raksa dari zat cair lainnya, yaitu

1. dapat menyerap panas suatu benda yang akan diukur sehingga temperatur air raksa sama dengan temperatur benda yang diukur
2. dapat digunakan untuk mengukur temperatur yang rendah hingga temperatur yang lebih tinggi karena air raksa memiliki titik beku pada temperatur –39°C dan titik didihnya pada temperatur 357°C
3. tidak membasahi dinding tabung sehingga pengukurannya menjadi lebih teliti
4. pemuaian air raksa teratur atau linear terhadap kenaikan temperatur, kecuali pada temperatur yang sangat tinggi
5. mudah dilihat karena air raksa dapat memantulkan cahaya

Selain air raksa, dapat juga digunakan alkohol untuk mengisi tabung termometer. Akan tetapi, alkohol tidak dapat mengukur temperatur yang tinggi karena titik didihnya 78°C, namun alkohol dapat mengukur temperatur yang lebih rendah karena titik bekunya pada temperatur –144°C. Jadi, termometer yang berisi alkohol baik untuk mengukur temperatur yang rendah, tetapi tidak dapat mengukur temperatur yang lebih tinggi.

Skala Pada Beberapa Termometer

Ketika mengukur temperatur dengan menggunakan termometer, terdapat beberapa skala yang digunakan, di antaranya skala Celsius, skala Reamur, skala Fahrenheit, dan skala Kelvin. Keempat skala tersebut memiliki perbedaan dalam pengukuran suhunya. Berikut rentang temperatur yang dimiliki setiap skala.

1. Termometer skala Celsius, Memiliki titik didih air 100°C dan titik bekunya 0°C. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 0°C – 100°C dan dibagi dalam 100 skala.
2. Temometer skala Reamur, Memiliki titik didih air 80°R dan titik bekunya 0°R. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 0°R – 80°R dan dibagi dalam 80 skala.
3. Termometer skala Fahrenheit, Memiliki titik didih air 212°F dan titik bekunya 32°F. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 32°F – 212°F dan dibagi dalam 180 skala.
4. Termometer skala Kelvin, Memiliki titik didih air 373,15 K dan titik bekunya 273,15 K. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 273,15 K – 373,15 K dan dibagi dalam 100 skala.

Jadi, jika diperhatikan pembagian skala tersebut, satu skala dalam derajat Celsius sama dengan satu skala dalam derajat Kelvin, sementara satu skala Celsius kurang dari satu skala Reamur dan satu skala Celsius lebih dari satu skala Fahrenheit. Secara matematis perbandingan keempat skala tersebut, yaitu sebagai berikut.

Besaran dan satuan

Dalam ilmu fisika dikenal istilah “Besaran” dan “Satuan“, kedua istilah dalam bidang fisika tersebut dapat diartikan sebagai berikut. Besaran adalah segala sesuatu yang dapat diukur, mempunyai nilai yang dapat dinyatakan dengan angka dan memiliki satuan tertentu. Satuan adalah pernyataan yang menjelaskan arti dari suatu besaran. Pada bab ini akan dijelaskan besaran pokok dan besaran turunan, sedangkan besaran skalar dan besaran vektor akan dijelaskan pada bagian selanjutnya.

Besaran Pokok, Besaran Turunan Dan Satuannya

Besaran pokok merupakan besaran yang dipandang berdiri sendiri dan tidak diturunkan dari besaran lain. Sampai saat ini ditetapkan 7 besaran pokok sebagai berikut :

Tabel Besaran Pokok Dan Satuannya

Besaran Pokok	Satuan
Panjang Massa Waktu Suhu Kuat Arus Listrik Kuat Cahaya Jumlah Zat	kilometer, meter, sentimeter kilogram , gram , ton tahun, hari, sekon , menit fahrenheit , kelvin , celcius ampere kandela mol

Besaran turunan ialah besaran yang diturunkan dan diperoleh dari besaran-besaran pokok. Misalkan luas didefinisikan sebagai hasilkali dua besaran panjang (yaitu panjang kali lebar). Jika satuan panjang dan lebar masing-masing adalah meter, maka besaran luas adalah besaran turunan yang mempunyai satuan meter x meter atau m2. Contoh yang lain adalah besaran kecepatan yang diperoleh dari hasil bagi jarak dengan waktu. Jarak merupakan besaran panjang yang mempunyai satuan meter, sedangkan waktu mempunyai satuan sekon. Maka besaran kecepatan merupakan besaran turunan dari besaran pokok panjang dibagi besaran pokok waktu, sehingga satuannya meter/sekon atau m/s. Berikut ini adalah beberapa contoh besaran turunan beserta satuannya.

Tabel Besaran Turunan Dan Satuannya

Besaran Turunan	Rumus	Satuan
Volume Massa Jenis Percepatan Gaya Usaha & Energi Daya Tekanan Muatan Listrik	panjang x lebar x tinggi massa/volume kecepatan/waktu massa x percepatan gaya x perpindahan usaha/waktu gaya/luas kuat arus x waktu	m3, cm3, liter kg/m3 m/s2 kg.m/s2, newton kg.m2/s2, joule kg.m2/s3, watt kg/(m.s2), pascal A.s, coulomb

Sistem Satuan

Sistem satuan yang biasa digunakan pada besaran pokok dan besaran turunan asalah sistem Satuan Internasional (SI) atau biasa dikenal sebagai sistem metrik yaitu meter, kilogram dan sekon yang disingkat MKS. Selain sistem metrik yang lain adalah CGS (centimeter, gram, sekon). Adapula British Engineering System yang biasa disebut sebagai sistem FPS (foot, pound, sekon).

Tabel Satuan Internasional (SI)

Besaran		SI
Besaran Pokok	Panjang Massa Waktu Suhu Kuat Arus Listrik Kuat Cahaya	meter kilogram sekon kelvin ampere kandela
Besaran Turunan	Jumlah Zat Luas Kecepatan Volume Massa Jenis Percepatan Gaya	mol m2 m/s m3 kg/m3 m/s2 kg.m/s2, N

Pada sistem metrik, satuan yang lebih besar dan lebih kecil didefinisikan dalam kelipatan 10 dari satuan standar. Jadi 1 kilometer (km) adalah 1000 m atau 103m, 1 centimeter (cm) adalah 1/100 m atau 10-2 m dan seterusnya. Awalan “centi”, “kilo”, “mili”, dan yang lainnya dapat diterapkan tidak hanya pada satuan panjang, tetapi juga satuan volume, massa, atau metrik lainnya. Misalnya saja 1 centiliter (cL) adalah 1/1000 liter dan 1 kilogram adalah 1000 gram. Tabel 4 menunjukkan awalan-awalan metrik yang sering digunakan dalam berbagai satuan.

Tabel Awalan Metrik SI

Efek Dopler

Efek Doppler adalah perubahan frekuensi yang diterima pendengar dibanding dengan frekuensi sumbernya akibat gerak relatif pendengar dan sumber. Gejala perubahan frekuensi inilah yang dikenal sebagai efek Doppler. Istilah ini diambil dari nama seorang fisikawan Austria, Christian Johanm Doppler (1803-1855).

Peristiwa Efek Doppler

Gejala ini dapat digambarkan seperti pada gambar dibawah pada bagian (a) sumber mampu menerima A dan B diam atau relatif diam maka frekuensi bunyi yang diterima A dan B akan sama dengan yang dipancarkan oleh sumber. Bagaimana dengan bagian (b), sumber bunyi bergerak ke arah B dengan kecepatan v_s. Saat sumber dan penerima relatif bergerak ke arah B maka penerima akan mendapat frekuensi bunyi lebih besar dari sumber, sedangkan penerima A lebih kecil.

Menurut Doppler, perubahan frekuensi bunyi itu memenuhi hubungan : kecepatan relatifnya sebanding dengan frekuensi.

Δv_p adalah kecepatan relatif bunyi terhadap pandangan. Nilainya dapat dituliskan juga Δv_p = v ± v_p. Berarti berlaku juga Δv_s = v ± v_s. Dengan substitusi nilai Δv_p dan Δv_s dapat diperoleh persamaan efek Doppler seperti berikut.

dengan :

f_p = frekuensi bunyi yang diterima pendengar (Hz)
f_s = frekuensi bunyi sumber (Hz)
v = cepat rambat bunyi di udara (m/s)
v_s = kecepatan sumber bunyi (m/s)
v_p = kecepatan pendengar (m/s)
(±) = operasi kecepatan relatif, (+) untuk kecepatan berlawanan arah dan (−) untuk kecepatan searah

Contoh Efek Doppler Dalam Kehidupan

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering menjumpai bunyi yang kita dengar akan terdengar berbeda apabila antara sumber bunyi dan pendengar terjadi gerakan relatif. Misalnya pada saat kita menaiki sepeda motor di jalan raya berpapasan dengan mobil ambulan atau mobil patroli yang membunyikan sirine. Bunyi sirine yang terdengar akan makin keras saat kita bergerak saling mendekati dan akan semakin lemah pada saat kita bergerak saling menjauhinya. Peristiwa ini disebut efek Doppler yaitu peristiwa terjadinya perubahan frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar akan berubah jika terjadi gerakan relatif antara sumber bunyi dan pendengar.

Sebagai contoh sumber bunyi mengeluarkan bunyi dengan frekuensi fs dan bergerak dengan kecepatan vs dan pendengar bergerak dengan kecepatan vp dan kecepatan rambat gelombang bunyi adalah v maka frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar apabila terjadi gerakan relatif antara sumber bunyi dengan pendengar dapat dirumuskan :

dengan :

f_p = frekuensi bunyi yang diterima pendengar (Hz)
f_s = frekuensi sumber bunyi (Hz)
v = cepat rambat bunyi di udara (ms1)
v_p = kecepatan pendengar (ms1)
v_s = kecepatan sumber bunyi (ms1)

Contoh efek Doppler dalam keseharian

kesetimbangan

Kesetimbangan pada benda terjadi apabila gaya dan torsi pada benda nol, maka benda tidak akan mengalami perubahan gerak maupun rotasi. Benda yang bergerak dengan kecepatan konstan memiliki momentum linear konstan. Artinya tidak ada gaya total yang bekerja pada benda itu atau total gaya bernilai nol. Apabila benda bergerak dengan kecepatan sudut konstan maka momentum sudut benda konstan, kita bisa segera berpendapat torsi total pada benda itu adalah nol. Kita akan membahas kesetimbangan statis, jadi mula-mula benda diam dan tetap diam.

Kesetimbangan Statis

Ambillah sebuah papan dan letakkan di atas tumpukan batu bata. Kemudian berikan gaya yang sama pada kedua sisi papan dengan arah berlawanan. Apa yang terjadi? Sekarang kita ubah letak gaya. Tekan papan ke arah bawah pada salah satu sisi dan dorong papan pada sisi yang lain usahakan bagian papan di atas tumpukan batu bata tidak bergeser. Apa yang terjadi? Skema yang kita lakukan seperti pada gambar di bawah ini.

a) Papan diberi 2 gaya yang sama F₁ = F₂ , kedua gaya segaris
b) Papan diberi 2 gaya yang sama tapi tidak segaris, ΣF = 0, tapi papan berotasi.

Dari gambar a diatas kita melihat jika memberikan 2 gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah pada benda-benda tidak akan bergeser atau tidak akan melakukan translasi, karena total gaya adalah nol. Benda akan diam. Bisakah kita mengatakan bila total gaya bernilai nol benda berada dalam kesetimbangan? Gambar b diatas menunjukkan 2 gaya yang berlawanan dan sama besar tetapi memiliki garis gaya yang berbeda, benda ternyata bergerak dengan gerakan rotasi. Agar benda tidak berotasi maka torsi pada benda harus sama dengan nol. Sekarang kita dapat menyimpulkan benda berada dalam keadaan setimbang jika:

Total gaya = 0   →   

Total torsi = 0   →   

Jadi syarat kesetimbangan adalah total gaya sama dengan nol dan total torsi sama dengan nol. Jika benda mula-mula diam, kemudian kita beri gaya dan torsi yang setimbang, maka benda akan tetap diam atau terjadi kesetimbangan statis.

Kopel

Kopel adalah pasangan gaya yang sama besar dan berlawanan arah. Tinjau sebuah batang yang diberi gaya seperti pada gambar di bawah. Kita tidak bisa menggantikan kedua gaya dengan sebuah gaya yang akan memberikan efek yang sama dengan kedua gaya.

Dua gaya yang sama besar dan berlawanan arah tetapi memiliki titik tangkap yang berbeda disebut kopel.

Jumlah kedua gaya tersebut sama dengan nol, tapi kedua gaya tersebut menyebabkan terjadinya rotasi. Torsi yang dihasilkan oleh kedua gaya tersebut terhadap titik O adalah :

τ =Fx₂ – Fx₁ = F(x₂ – x₁) = Fd

F₁ akan menyebabkan batang berotasi searah jarum jam sedangkan F₂ menyebabkan batang berotasi berlawanan dengan arah jarum jam.

Jenis Kesetimbangan

Kesetimbangan bisa kita golongkan menjadi tiga, yaitu kesetimbangan stabil, kesetimbangan tak stabil, dan kesetimbangan netral. Suatu benda dikatakan pada kesetimbangan stabil jika misalkan pada benda kita beri sedikit gaya, akan muncul gaya pemulih sehingga benda akan kembali ke posisi. Contohnya sebuah balok seperti pada gambar diatas dan benda yang berada dalam lubang yang melingkar seperti pada gambar b dibawah. Bila balok pada gambar dibawah kita rotasikan sedikit, gaya beratnya akan berusaha mengembalikan benda ke posisi semula.

Contoh kesetimbangan stabil

Kesetimbangan tak stabil contohnya adalah pada gambar diatas Jika kita beri torsi sedikit akan muncul gaya torsi yang memaksa benda menjauhi posisi semula. Misalkan pada balok pada gambar dibawah gaya beratnya akan membuat balok menjadi terguling. Tampak pada kesetimbangan stabil benda akan selalu kembali keposisi semula, atau titik beratnya kembali pada posisi semula. Sedang pada kesetimbagan tak stabil posisi titik berat berubah, bergeser ke titik yang lebih rendah.

(a) Contoh benda dengan kesetimbangan stabil,
(b) Contoh benda dengan kesetimbangan tak stabil

Kita bisa memperbaiki kesetimbangan benda dengan berusaha memindahkan titik berat menjadi lebih rendah. Kesetimbangan netral terjadi jika titik berat benda tidak berubah jika bergerak. Contohnya sebuah silinder yang kita dorong sedikit, maka tidak ada torsi atau gaya yang memaksanya kembali atau menjauhi posisi semula.

Jika kita melihat sirkus, orang yang berjalan di atas tali tambang akan merentangkan kedua tangannya. Dia berusaha mempertahankan kesetimbangannya. Orang yang berjalan tegak mengalami kesulitan untuk mempertahankan kesetimbangannya karena pusat berat harus dipertahankan di atas dasar penopang. Lain halnya dengan hewan berkaki empat yang berjalan dengan keempat kakinya. Hewan tersebut memiliki titik berat yang lebih rendah dan dasar penopangnya lebih besar, sehingga lebih mudah memperoleh titik kesetimbangan.

momentum sudut

Momentum sudut merupakan besaran vektor. Momentum sudut didefinisikan sebagai hasil perkalian silang antara vektor r dan momentum linearnya. Arah momentum sudut dari suatu benda yang berotasi dapat ditentukan dengan kaidah putaran sekrup atau dengan aturan tangan kanan. Jika keempat jari menyatakan arah gerak rotasi, maka ibu jari menyatakan arah momentum sudut. Pada gerak translasi benda memiliki momentum linier sedangkan pada gerak rotasi ada momentum sudut.

Arah Momentum Sudut

Arah momentum sudut L tegak lurus dengan arah r dan arah v. Arah momentum sudut sesuai dengan arah putaran sekrup tangan kanan yang ditunjukan gambar berikut :

Momentum sudut linear akan kekal bila total gaya yang bekerja pada sistem adalah nol. Bagaimana pada gerak rotasi? Pada gerak rotasi kita akan menemukan apa yang disebut sebagai mometum sudut. Dalam gerak rotasi, besaran yang analog dengan momentum linier adalah momentum sudut. Untuk benda yang berotasi di sekitar sumbu yang tetap, besarnya momentum sudut dinyatakan :

L = I. ω

dengan:

L = momentum sudut (kgm²/s)
I = momen inersia (kgm²)
ω = kecepatan sudut (rad/s)

Jika benda bermassa m bergerak rotasi pada jarak r dari sumbu rotasi dengan kecepatan linier v, maka persamaan dapat dinyatakan sebagai berikut :

L = I . ω

Karena I = m . r² dan ω = , maka :

L = m . r².
L = m . r . v

Tampak bahwa momentum sudut analog dengan momentum linear pada gerak rotasi, kecepatan linear sama dengan kecepatan rotasi, massa sama dengan momen inersia.

Hubungan Momentum Sudut Dengan Momen Gaya

Kita telah mengetahui bahwa impuls merupakan perubahan momentum dari benda.

Karena v = r . ω, maka :

Jadi, kedua ruas dikalikan dengan r, diperoleh:

Mengingat r . F = τ dan m . r² = I, maka :

dengan I. ω adalah momentum sudut, sehingga :

Berdasarkan persamaan diatas dapat dinyatakan bahwa momen gaya merupakan turunan dari fungsi momentum sudut terhadap waktu.

Hukum Kekekalan Momentum Sudut

Dalam gerak linear kita telah mempelajari apabila tidak ada gaya dari luar sistem maka momentum sudut total sistem adalah kekal, atau tidak berubah. Dari Persamaan momentum sudut diatas tampak jika torsi pada suatu sistem adalah nol maka dL =0 atau perubahan momentum sudutnya nol, atau momentum sudutnya kekal. Apabila τ = 0 maka L konstan, merupakan hukum kekekalan momentum.

Sebagai contoh seorang penari balet berputar dengan kecepatan sudut w, momen inersianya I_m. Bila dia kemudian merentangkan kedua tangannya sehingga momen inersianya menjadi I_a, berapa kecepatan sudut penari sekarang? Kita bisa menyelesaikan dengan menggunakan hukum kekekalan momentum sudut. Pada penari tidak ada gaya dari luar maka tidak ada torsi dari luar, sehingga momentum sudut kekal :

L_m = L_a

L_m ω_m =I_a ω_a

Penari merentangkan kedua tangannya maka momen inersianya menjadi bertambah. I_a > I_m maka kecepatan sudut penari menjadi berkurang.

Prinsip ini juga dipakai pada peloncat indah. Saat peloncat meninggalkan papan memiliki laju sudut ω_o, terhadap sumbu horizontal yang melalui pusat massanya, sehingga dia dapat memutar sebagian tubuhnya setengah lingkaran. Jika ia ingin membuat putaran 3 kali setengah putaran, maka ia harus mempercepat laju sudut sehingga menjadi 3 kali  kelajuan sudut semula. Gaya yang bekerja pada peloncat berasal dari gravitasi, tetapi gaya gravitasi tidak menyumbang torsi terhadap pusat massanya, maka berlaku kekekalan momentum sudut. Agar laju sudutnya bertambah maka dia harus memperkecil momen inersia menjadi 1/3 momen inersia mula-mula dengan cara menekuk tangan dan kakinya ke arah pusat tubuhnya sehingga terbantu dengan adanya momentum sudut dari gerakannya

Viskositas atau Kekentalan

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas.

Viskositas atau Kekentalan Zat Cair

Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas (η). Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m² atau pascal sekon (Pa s). Ketika kita berbicara viskositas kita berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak mempunyai koefisien viskositas.

Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya η, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida sebesar F_s = k η v, dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6  π r. Bila nilai k dimasukkan ke dalam persamaan, maka diperoleh persamaan seperti berikut.

F_s = 6  π η rv

Persamaan di atas selanjutnya dikenal sebagai hukum Stokes.

Keterangan:

F_s : gaya gesekan stokes (N)
η : koefisien viskositas fluida (Pa s)
r : jari-jari bola (m)
v : kelajuan bola (m/s)

Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam fluida pada gambar dibawah. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah gaya berat w, gaya apung F_a, dan gaya lambat akibat viskositas atau gaya stokes F_s. Ketika dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Namun, ketika kecepatannya bertambah, gaya stokes juga bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan terminal.

Gaya-gaya yang bekerja pada benda yang bergerak dalam fluida

Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol. Misalnya
sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal tercapai berlaku berlaku persamaan berikut.

Untuk benda berbentuk bola seperti pada gambar diatas, maka persamaannya menjadi seperti berikut.

Keterangan:

v_T : kecepatan terminal (m/s)
η : koefisien viskositas fluida (Pa s)
R : jari-jari bola (m)
g : percepatan gravitasi (m/s²)
ρ _b : massa jenis bola (kg/m³)
ρ _f : massa jenis fluida (kg/m³)

Viskositas Fluida

Untuk viskositas beberapa fluida dapat kita lihat pada tabel berikut!

Pada tabel diatas terlihat bahwa air, udara, dan alkohol mempunyai koefisien kecil sekali dibandingkan dengan gliserin. Oleh karena itu, dalam perhitungan sering diabaikan. Berdasarkan eksperimen juga diperoleh bahwa koefisien viskositas tergantung suhu. Pada kebanyakan fluida makin tinggi suhu makin rendah koefisien viskositasnya. Itu sebabnya di musim dingin oli mesin menjadi kental sehingga kadang-kadang mesin sukar dihidupkan karena terjadi efek viskositas pada oli mesin.

Gejala Kapilaritas

Gejala kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit). Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding kapiler. Karena dalam pipa kapiler gaya adhesi antara partikel air dan kaca lebih besar daripada gaya kohesi antara partikel-partikel air, maka air akan naik dalam pipa kapiler. Sebaliknya raksa cenderung turun dalam pipa kapiler, jika gaya kohesinya lebih besar daripada gaya adhesinya.

(a) Jika sudut kontak kurang dari 90°, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler naik (b) jika sudut kontak lebih besar dari 90°, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler turun.

Gejala Kapilaritas

Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan (γ) yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.

Mengapa permukaan zat cair bisa naik atau turun dalam permukaan pipa kapiler? Gambar diatas menunjukkan zat cair yang mengalami meniskus cekung. Tegangan permukaan menarik pipa ke arah bawah karena tidak seimbang oleh gaya tegangan permukaan yang lain. Sesuai dengan hukum III Newton tentang aksi reaski, pipa akan melakukan gaya yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah berlawanan. Gaya inilah yang menyebabkan zat cair naik. Zat cair berhenti naik ketika berat zat cair dalam kolam yang naik sama dengan gaya ke atas yang dikerjakan pada zat cair.

w = F

Jika massa jenis zat cair adalah ρ, tegangan permukaan γ, sudut kontak θ, kenaikan zat cair setinggi h, dan jari-jari pipa kapiler adalah r, maka berat zat cair yang naik dapat ditentukan melalui persamaan berikut.

w = m g
w = ρ V g
w = ρ π r² h g

Komponen gaya vertikal yang menarik zat cair sehingga naik setinggi h adalah:

F =(γ cos θ) ( 2 π r) = F = 2 π r γ cos θ

Jika nilai F kita ganti dengan ρ π r² h g,  maka persamaannya menjadi seperti berikut.

Keterangan:

h : kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa (m)
γ : tegangan permukaan N/m
θ : sudut kontak (derajat)
ρ : massa jenis zat cair (hg/m³)
r : jari-jari pipa (m)

Gejala kapilaritas banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor, pengisapan air oleh tanaman (naiknya air dari akar menuju daun-daunan melalui pembuluh kayu pada batang) dan peristiwa pengisapan air oleh kertas isap atau kain. Selain menguntungkan gejala kapilaritas ada juga yang merugikan misalnya ketika hari hujan, air akan merambat naik melalui pori-pori dinding sehingga menjadi lembap. Dinding yang lembab terjadi karena gejala kapilaritas.

Gejala Meniskus

Gejala meniskus adalah kelengkungan permukaan suatu zat cair di dalam tabung. Meniskus yang kita kenaldalam dunia fisika ada meniskus cekung dan meniskus cembung. Apabila kita menuangkan raksa ke dalam suatu tabung kaca dan air pada tabung kaca lainnya, kemudian kita perhatikan bentuk permukaannya. Apa yang kita dapatkan? kita akan mendapatkan bentuk kedua permukaan seperti yang dilukiskan pada gambar berikut.

Meniskus cekung dan meniskus cembung

Gejala Meniskus

Jika pada lengkungan air dan raksa kita tarik garis lurus, maka garis itu akan membentuk sudut θ terhadap dinding vertikal tabung kaca. Sudut θ tersebut dinamakan sudut kontak. Oleh karena itu, sudut kontak adalah sudut yang dibentuk antara permukaan zat cair dengan permukaan dinding pada titik persentuhan zat cair dengan dinding.

Gaya kohesi dan adhesi pada zat cair yang membasahi dinding dan tidak membasahi dinding

Gaya Kohesi Dan Adhesi Pada Gejala Meniskus

Untuk menjelaskan memahami peristiwa tersebut, kita harus mengingat kembali konsep gaya adhesi dan gaya kohesi. Akibat adanya gaya kohesi antara partikel air (F_A) lebih besar daripada gaya adhesi antara partikel air dengan partikel kaca (F_k), maka resultan kedua gaya (F_R) arahnya keluar. Agar tercapai keadaan yang seimbang, permukaan air yang menempel pada dinding kaca harus melengkung ke atas.

Kelengkungan permukaan suatu zat cair di dalam tabung disebut meniskus. Karena bentuknya cekung maka meniskus air dalam bejana kaca dinamakan meniskus cekung. Sudut yang dibentuk oleh kelengkungan air terhadap garis vertikal dinamakan sudut kontak θ. Besarnya sudut kontak untuk meniskus cekung lebih kecil dari 90°.

Bagaimana dengan bentuk kelengkungan permukaan raksa dalam tabung? Gaya kohesi antara partikel-partikel raksa (F_A) lebih kecil daripada gaya adhesi antara partikel raksa dengan partikel kaca (F_k), sehingga resultan kedua gaya (F_R) mengarah ke dalam. Agar tercapai keseimbangan, maka permukaan raksa yang menempel pada dinding kaca harus tegak lurus terhadap gaya resultan F_R. Akibatnya permukaan raksa yang menempel pada tabung kaca melengkung ke bawah dan disebut sebagai meniskus cembung. Besarnya sudut kontak untuk meniskus cembung ini lebih besar dari 90^o.

Terdapat hubungan antara kemampuan membasahi air dengan tegangan permukaan air. Makin kecil nilai tegangan permukaan air, makin besar kemampuan air untuk membasahi benda. Makin tinggi suhu air, makin kecil tegangan permukaan. Artinya makin baik air tersebut untuk membasahi benda. Itulah sebabnya mencuci dengan air panas dan air sabun hasilnya lebih bersih daripada menggunakan air biasa, hal ini terjadi karena adanya gejala meniskus.

Hukum II Termodinamika

Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi. Hukum Kekekalan Energi yang dinyatakan dalam Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Misalnya, perubahan usaha (energi potensial) menjadi energi kalor atau sebaliknya. Akan tetapi, tidak semua perubahan energi yang terjadi di alam ini prosesnya dapat dibalik seperti pada Hukum I Termodinamika. Contoh, sebuah benda yang jatuh dari ketinggian h sehingga menumbuk lantai. Pada peristiwa ini terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi kalor (panas) dan sebagian kecil menjadi energi bunyi. Mungkinkah energi-energi kalor dapat berubah menjadi energi kinetik dan menggerakkan benda setinggi h? Jelas bahwa hal ini akan terjadi, meskipun benda kita panaskan terus-menerus.


Hukum II TermodinamikaBagan transfer kalor pada mesin pemanas
Hukum II Termodinamika

Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan.

Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas (Kelvin Planck).
Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar (Clausius).
Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah ketika terjadi proses irreversibel (Clausius).

Bunyi Hukum II Termodinamika

Untuk menjelaskan tidak adanya reversibilitas para ilmuwan merumuskan prinsip baru, yaitu Hukum II Termodinamika, dengan pernyataan : “kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas”.
Pengertian Entropi

Termodinamika menyatakan bahwa proses alami cenderung bergerak menuju ke keadaan ketidakteraturan yang lebih besar. Ukuran ketidakteraturan ini dikenal dengan sistem entropi. Entropi merupakan besaran termodinamika yang menyerupai perubahan setiap keadaan, dari keadaan awal hingga keadaan akhir sistem. Semakin tinggi entropi suatu sistem menunjukkan sistem semakin tidak teratur. Entropi sama seperti halnya tekanan dan temperatur, yang merupakan salah satu sifat dari sifat fisis yang dapat diukur dari sebuah sistem. Apabila sejumlah kalor Q diberikan pada suatu sistem dengan proses reversibel pada suhu konstan, maka besarnya perubahan entropi sistem adalah :


\Delta S=\frac{Q}{T}

dengan:

ΔS = perubahan entropi ( J/K)
Q = kalor ( J)
T = suhu (K)
Mesin Pendingin

Mesin pendingin merupakan peralatan yang prinsip kerjanya berkebalikan dengan mesin kalor. Pada mesin pendingin terjadi aliran kalor dari reservoir bersuhu rendah ke reservoir bersuhu tinggi dengan melakukan usaha pada sistem. Contohnya, pada lemari es (kulkas) dan pendingin ruangan (AC). Bagan mesin pendingin dapat dilihat pada gambar berikut.



Bagan Hukum II Termodinamika Mesin PendinginBagan proses penyerapan kalor pada mesin pendingin

Ukuran kinerja mesin pendingin yang dinyatakan dengan koefisien daya guna merupakan hasil bagi kalor yang dipindahkan dari reservoir bersuhu rendah Q2 terhadap usaha yang dibutuhkan W.


K_{P}=\frac{Q_{2}}{W}=\frac{Q_{2}}{Q_{1}-Q_{2}}=\frac{T_{2}}{T_{1}-T_{2}}

dengan:

Kp = koefisien daya guna
W = usaha yang diperlukan ( J)
Q1 = kalor yang diberikan pada reservoir suhu tinggi ( J)
Q2 = kalor yang diserap pada reservoir suhu rendah ( J)
T1 = suhu pada reservoir bersuhu tinggi (K)
T2 = suhu pada reservoir bersuhu rendah (K)

Penerapan hukum II termodinamika dapat diamati pada proses mengalirnya kalor pada mesin pemanas seperti ditunjukan pada gambar berikut.


Hukum II TermodinamikaBagan penerapan hukum II termodinamika pada mesin pemanas