Halaman
SarwonoSunarrosoSuyatmanFisika 2Mudah dan SederhanaUntuk SMA dan MA Kelas XI
Fisika 2Mudah dan SederhanaUntuk SMA dan MA Kelas XISarwonoSunarrosoSuyatmanEditor Materi: Cecep Agung Prasetyo Adiek Novita Ratna MardiatiEditor Bahasa: Sri Iswanti MutmainahDesign Cover: Hary SuyadiSetting/Layout: H. J. Priotomo dan B. Wahyono530.07Sar Sarwono f Fisika 2 : Mudah dan Sederhana Untuk SMA/MA Kelas XI /Sarwono, Sunarroso, Suyatman : Editor Cecep Agung Prasetyo,Adiek Novita Ratna Mardiati. — Jakarta : Pusat Perbukuan,Departemen Pendidikan Nasional, 2009.vi, 202 hlm. : ilus. : 25 cm.Bibliografi : hlm.194-195IndeksISBN 798-799-068-166-8 (no jld lengkap)ISBN 798-799-068-171-21.Fisika-Studi dan Pengajaran 2. Sunarroso3. Suyatman 4. Prasetyo, Cecep Agung5. Mardiati, Adiek Novita Ratna 6. JudulDiterbitkan oleh Pusat PerbukuanDepartemen Pendidkan NasionalTahun 2009Diperbanyak oleh ....Hak Cipta Buku ini dibeli oleh Departemen PendidikanNasional dari CV Putra NugrahaHak Cipta pada Departemen Pendidikan NasionalDilindungi Undang-Undangii
KATA SAMBUTANPuji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmat dankarunia-Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Departemen Pendidikan Nasional,pada tahun 2008, telah membeli hak cipta buku teks pelajaran ini daripenulis/penerbit untuk disebarluaskan kepada masyarakat melalui situsinternet (website) Jaringan Pendidikan Nasional.Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan Standar NasionalPendidikan dan telah ditetapkan sebagai buku teks pelajaran yang memenuhisyarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran melaluiPeraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 27 Tahun 2007 tanggal 25Juli 2007.Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada parapenulis/penerbit yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanyakepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas olehpara siswa dan guru di seluruh Indonesia.Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepadaDepartemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh (down load),digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat.Namun, untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannyaharus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Diharapkanbahwa buku teks pelajaran ini akan lebih mudah diakses sehingga siswadan guru di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada diluar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini.Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepadapara siswa kami ucapkan selamat belajar dan manfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya.Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan.Jakarta, Februari 2009Kepala Pusat Perbukuaniii
KATA PENGANTARFisika sulit, rumit dan membingungkan! Betulkah itu? Jika hal ituditanyakan kepada para siswa, maka serta merta mereka mungkin akanmenjawab “Ya.......!” Tapi dalam buku ini, fisika menjadi mudah! Mengapa?Karena disajikan secara sederhana dan merunut pada hirarki ilmiah sesuaiketerkaitan antarsubstansinya.Di setiap pembahasan konsep selalu dilengkapi dengan fakta-fakta yangkontekstual. Berdasarkan fakta-fakta ini, siswa dibimbing untuk menganalisishingga dapat menarik kesimpulan. Untuk mendukung proses ilmiahnya,siswa juga didorong melakukan observasi dan eksperimen yang terkaitdengan proses pengenalan teori-teori dalam fisika.Dengan pengenalan teori-teori fisika secara inkuiri ini, diharapkan siswalebih tanggap terhadap fenomena-fenomena alam serta mampumengapreasiasi teknologi sebagai suatu sarana untuk mengelola alam itusendiri. Pada akhirnya, siswa akan menjadi manusia yang bijak dalammengelola alam dengan teknologinya.Agustus 2007 Penulisiv
Langkah 1Pelajari dan pahami teori-teori dan konsep-konsepfisika dengan metode inkuiri dan berpola masyarakatbelajar yang dikembangkan dalam buku ini.Langkah 2Pelajari dan lakukan kegiatan-kegiatan praktik untukmengembangkan kemampuan psikomotorik.Langkah 3Kerjakan tugas-tugas kelompok dan diskusi untukmengembangkan kepekaan sosial.Langkah 4Pelajari contoh-contoh untuk membimbingketrampilan dalam menyelesaikan masalah.Langkah 5Kerjakan Uji Pemahaman untuk merefleksikankemampuan kognitif sesuai tuntutan kurikulum.Langkah 6Setelah kalian memiliki kemampuan yang disyaratkan,coba uji diri kalian dengan menyelesaikan soal-soalpada Uji Kompetensi. Mintalah Bapak/Ibu Guru untukmengapresiasi hasil pekerjaan Anda!Langkah 7Untuk mengembangkan kemampuan afektif/sikapdari jiwa kewirausahaan, coba kerjakan tugas proyekyang disediakan!PETUNJUK PENGGUNAAN BUKUv
KATA SAMBUTAN ...................................................................................iiiKATA PENGANTAR................................................................................ivPETUNJUK PENGGUNAAN BUKU....................................................vDAFTAR ISI.................................................................................................viBAB IKINEMATIKA PARTIKEL DENGANANALISIS VEKTOR...............................................................1A. Bidang Gerak Partikel ........................................................3B. Posisi Partikel dalam Satuan Vektor ...............................3C. Perpindahan.........................................................................4D. Kecepatan Sesaat (vt) dalam Satu Dimensi ...................6E. Kecepatan Sesaat (vt) dalam Dua Dimensi ...................8F. Analisis Gerak Lurus dengan Vektor ..............................1 0G. Analisis Gerak Melingkar dengan Vektor ......................1 3H. Analisis Gerak Parabola dengan Vektor ........................2 0Uji Kompetensi ...........................................................................2 6BAB IIKETERATURAN GERAK PLANET....................................29A. Hukum-Hukum Kepler ......................................................3 1B. Hukum-Hukum Newton ...................................................3 6Uji Kompetensi ...........................................................................4 1BAB III ELASTISITAS BAHAN..........................................................43A. Pengarah Gaya Terhadap Elastisitas Bahan.................4 5B. Modulus Young ...................................................................4 6C. Elastisitas Pegas...................................................................4 9D. Energi Potensial Pegas .......................................................5 2E. Susunan Pegas.....................................................................5 4Uji Kompetensi ...........................................................................5 8BAB IV DINAMIKA GETARAN........................................................61A. Getaran Harmonik Sederhana.........................................6 4B. Gaya Getaran.......................................................................6 9C. Energi Pada Getaran Harmonik .......................................7 2Uji Kompetensi ...........................................................................7 5BAB VUSAHA DAN ENERGI..........................................................77A. Usaha .....................................................................................7 9B. Energi .....................................................................................8 2C. Hubungan Usaha dan Energi ...........................................8 5DAFTAR ISIvi
D. Hukum Kekekalan Energi Mekanik ................................8 9E. Penerapan Hukum Kekekalan Energi Mekanik ...........9 2Uji Kompetensi ...........................................................................9 4BAB VI IMPULS DAN MOMENTUM...............................................97A. Pengertian Momentum dan Impuls ................................9 9B. Hukum Kekekalan Momentum ........................................ 101C. Tumbukan ............................................................................ 104Uji Kompetensi ........................................................................... 110ULANGAN BLOK SEMESTER GASAL...............................................111BAB VII ROTASI BENDA TEGAR......................................................113A. Pengertian Benda Tegar .................................................... 115B. Pengaruh Torsi Terhadap Benda Tegar ......................... 115C. Gerak Translasi dan Gerak Rotasi ................................... 118D. Hukum Kekekalan Momentum Sudut ............................ 122E. Gerak Menggelinding ........................................................ 124F. Titik Berat Benda ................................................................. 127Uji Kompetensi ........................................................................... 132BAB VIII FLUIDA.......................................................................................133A. Fluida Statis ......................................................................... 135B. Fluida Dinamis.................................................................... 149Uji Kompetensi ........................................................................... 163BAB IXTEORI KINETIK GAS DAN TERMODINAMIKA.......165A. Teori Kinetik Gas ................................................................. 167B. Persamaan Gas Ideal.......................................................... 167C. Tekanan dan Ketetapan Gas Ideal .................................. 169D. Kecepatan Efektif Gas Ideal .............................................. 172E. Suhu dan Energi Kinetik Gas Ideal ................................. 174F. Termodinamika................................................................... 175G. Mesin Carnot........................................................................ 186Uji Kompetensi ........................................................................... 190ULANGAN BLOK SEMESTER GENAP..............................................191KUNCI JAWABAN....................................................................................193DAFTAR PUSTAKA..................................................................................194GLOSARIUM...............................................................................................196INDEKS........................................................................................................198DAFTAR PLANET......................................................................................200DAFTAR KONSTANTA..........................................................................201vii
1Kinematika dengan Analisis VektorPada awal kelas X Anda telah mempelajari GLB dan GLBB sertagabungan dua gerak tersebut. Pembahasan materi-materi tersebut hanyapada lingkup permasalahan yang terkait dengan lintasan, kecepatan,percepatan dan waktu tanpa memunculkan penyebab gerak itu sendiri. JikaAnda cermati, besaran-besaran yang ada pada gerak ini merupakan fungsiterhadap waktu. Secara matematis dengan hanya mengoperasikan fungsi-fungsi ini, Anda dapat menganalisis serta mengetahui besaran-besaran lainyang terkait. Untuk lebih memahami, coba ikuti pembahasan berikut!BAB 1KINEMATIKA DENGANANALISIS VEKTORSetelah mempelajari materi pada bab ini, diharapkan Anda mampu menganalisis,menginterpretasikan dan menyelesaikan permasalahan yang terkait dengan konsepgerak lurus, gerak melingkar, dan gerak parabola; serta dapat menggunakannya dalamkehidupan sehari-hari.Tujuan PembelajaranKata Kunci• Posisi• Gerak Lurus• Gerak Parabola• Vektor• Gerak MelingkarGambar 1.1 Mobil yang sedang melaju pada lintasanlurus dapat dikatakan melakukan gerak lurus.Sumber: Encarta Encyclopedia, 2006.
Fisika SMA / MA Kelas XI2Untuk mempermudah mempelajari materi pada bab ini,perhatikan peta konsep berikut !GMBGMBBGerak ParabolaGLBGLBBVektor PercepatanVektor KecepatanVektor PerpindahanAnalisis VektorTinjauanTinjauanTinjauan
3Kinematika dengan Analisis VektorA. Bidang Gerak PartikelSebuah mobil bergerak, apa yangdapat Anda amati? Tentu ada posisidan kecepatan, bahkan mungkin adapercepatan. Ketiga besaran tersebuttidak mungkin terlepas dari pengaruhwaktu, secara matematis dapatdituliskan r(t); v(t); dan a(t). Dalambidang dua dimensi, r(t) merupakanposisi partikel diukur dari partikelkoordinat O(0,0).Jika mobil kita ganti denganpartikel, maka lintasannya dapat kitalihat seperti tampak pada Gambar 1.2.Jika diamati gerak mobil dari posisiawal (titik A) sampai posisi akhir (titik B) memerlukan selang waktu 't,maka mobil tersebut akan mengalami perpindahan sebesar 'r.Oleh karena itu, dapat Anda simpulkanbahwa pada gerakan partikel ini terdapatperubahan posisi partikel dari r1 ke r2.Perhatikan Gambar 1.3! Berdasarkan pende-katan vektor dapat ditarik hubungan berikut.r1 + 'r = r2 atau 'r = r2 – r1B.Posisi Partikel dalam Satuan VektorAnda perhatikan vektor posisi A padaGambar 1.4! Vektor r menyatakan pergeserandari O (0,0) ke titik A (3,4). Untuk menyatakanvektor r ini dapat ditulis dalam persamaanberikut.r = 3i + 4jKeterangan :i: vektor satuan dalam arah sumbu Xj: vektor satuan dalam arah sumbu Ylintasan partikel>>>>YX>r1r2A (x1, y1)B (x2, y2)Gambar 1.2 Gerak partikel yangberpindah dalam selang waktu 't.r2ǻr>>r2>Gambar 1.3 Vektor posisir1 dan r2.Y30rX4A (3, 4)>>>Gambar 1.4 Vektor r.
Fisika SMA / MA Kelas XI28REFLEKSISetelah Anda mempelajari keseluruhan materi pada bab ini, buatlahsebuah peta konsep versi Anda. Anda bebas membuat model, bentuk,dan isinya. Bandingkan peta konsep Anda dengan teman sekelas.Diskusikan bersama peta konsep mana yang paling lengkap danmudah dipahami. Jika kesulitan, maka mintalah pendapat guru atauorang yang berkompeten di bidang ini!