Materi kuliah FisikaTeknik

2. TUJUAN PERKULIAHAN:
• Capaian Pembelajaran (LO) Lulusan Prodi:
1. Kemampuan untuk mengidentifikasi, memformulasi, dan menyelesaikan
masalah-masalah teknik (KK-1).
2. Kemampuan untuk mengaplikasikan ilmu pengetahuan matematika, sains,
alam, dan teknik (PP-1).
Capaian Pembelajaran (LO) Mata Kuliah:
• Kemampuan menjelaskan pengetahuan dasar tentang sifat-sifat fisis beserta
hukum-hukum alam (fisis)dan mengaplikasikan di bidang teknik kimia

3. POKOK BAHASAN:
• Mata kuliah ini memberikan pengalaman belajar kepada mahasiswa tentang
konsep fisika teknik, dalam aplikasi mekanika dan termodinamika yang
meliputi:
• 1) Usaha dan tenaga,
• 2) Kerja dan daya,
• 3) Energi Kimia dari Bahan bakar dan Konservasi eenergi,
• 4) Mekanika fluida,
• 6) Dinamika Fluida dan Persamaan Bernoulli,
• 7) Konsep panas (Q) dan kerja (W) dan hukum termodinamika satu dan
aplikasinya

4. REFERENSI KULIAH
 Serway, R.A. and Jewett, J.W, Jr., 2010, Physics for
Scientists and Engineers, 8th Ed.,Thomson
Books/Cole, London.
 Browne, M. E., 1999, Physics for Engineering and
Science, McGraw-Hill Company, Inc., NewYork.
 Beiser,A., 2003,Applied Physics, 3rd Ed., McGraw-
Hill Company, Inc., NewYork.
 Susila, H., 2014, Fisika Teknik – Mekanika,
Universitas Tunas Pembangunan Surakarta.
 Puspitasari, E., Fisika Teknik.

5. USAHA (KERJA ) DAN
TENAGA (ENERGY)

6. USAHA (KERJA) DAN TENAGA (ENERGI)
Usaha dapat diartikan sebagai kegiatan dengan mengerahkan tenaga, pikiran, atau
badan untuk mencapai tujuan tertentu.
Usaha dalam fisika  selalu menyangkut tenaga atau energi.
Apabila sesuatu (manusia, hewan, atau mesin) melakukan usaha, maka mereka
harus mengeluarkan sejumlah energi untuk menghasilkan perpindahan.
Contoh: Sebuah mesin melakukan usaha ketika mengangkat atau memindahkan
sesuatu, ketika berjalan otot-otot kaki melakukan usaha
JADI  usaha berkaitan dengan gerak sebuah benda, ”saat kita
mendorong atau menarik benda, kita mengeluarkan energi. Usaha yang kita
lakukan tampak pada perpindahan benda itu.

7. USAHA YANG DILAKUKAN OLEH GAYA KONSTAN
Usaha yang dilakukan oleh gaya konstan (besar maupun arahnya) didefinisikan sebagai
hasil perkalian antara perpindahan titik tangkapnya dengan komponen gaya pada arah
perpindahan tersebut.
Usaha (W) didefinisikan sebagai  hasil kali gaya (F) dan perpindahan (s) yang terjadi.
Dimana gaya maupun perpindahan merupakan besaran vektor.
Bila sudut yang dibentuk oleh gaya (F) dengan perpindahan (s)
adalah θ, maka besarnya usaha dapat dituliskan sebagai:
Komponen gaya F sin θ dikatakan tidak melakukan usaha
sebab tidak ada perpindahan ke arah komponen itu.
Dari persamaan rumus usaha, dapat dikatakan bahwa usaha:
1. Berbanding lurus dengan besarnya gaya
2. Berbanding lurus dengan perpindahan benda
3. Bergantung pada sudut antara arah gaya dan perpindahan
benda (jika sudutnya = 0o), maka nilainya cos 0o =1

9. SATUAN USAHA
• Dalam SI satuan gaya adalah newton (N) dan satuan perpindahan adalah meter (m).
• Satuan usaha merupakan hasil perkalian antara satuan gaya dan satuan perpindahan, yaitu
Newton meter (Nm) atau Joule (J).
• Satuan joule dipilih untuk menghormati James Presccott Joule (1816 – 1869), seorang
ilmuwan Inggris yang terkenal dalam penelitiannya mengenai konsep panas dan energi.
• Konversi satuan: 1 joule = 1 Nm
• INGAT: 1 N = 1 Kg . m/s2, sehingga 1 joule = 1 Kg . m/s2 x 1 m = 1 Kg . m2/s2
• Untuk usaha yang lebih besar, biasanya digunakan satuan kilo joule (kJ) dan mega joule
(MJ).
• Dimana, 1kJ = 1.000 J dan 1 MJ = 1.000.000 J

10. CONTOH
SOAL
• INGAT: Sudut memegang peranan penting dalam menghitung usaha (W),
seperti kondisi berikut:
1. Jika sudutnya = 0o, maka nilainya cos 0o = 1  W= F × s
2. Jika sudutnya = 90o, maka nilainya cos 90o = 0  W= 0 (dianggap tidak melakukan usaha
karena tegak lurus arah perpindahan benda)
3. Jika sudutnya = 180o, maka nilainya cos 180o = -1  W= - (F × s) artinya berlawanan
arah perpindahan benda (contoh: benda bergerak di permukaan kasar ada gaya gesek / fg
yang berlawanan dengan gerak benda)

11. CONTOH
SOAL 2:
• PENYELESAIAN:

12. CONTOH
SOAL 3:
• PENYELESAIAN:

13. USAHA YANG DILAKUKAN OLEH BEBERAPA GAYA
• Dalam kehidupan nyata hampir tidak pernah kita menemukan kasus pada suatu benda
hanya bekerja sebuah gaya tunggal.
• Contoh: ketika Anda menarik sebuah balok sepanjang lantai, selain gaya tarik pada
balok juga bekerja gaya-gaya lain seperti: gaya gesekan antara balok dan lantai, gaya
hambatan angin, dan gaya normal.
• JADI  usaha yang dilakukan oleh resultan beberapa gaya yang memiliki titik tangkap
sama adalah sama dengan jumlah aljabar usaha yang dilakukan oleh masing-
masing gaya.
• Jika pada sebuah benda bekerja dua gaya maka usaha yang dilakukan:

14. CONTOH
SOAL 4:
• PENYELESAIAN:

15. USAHA OLEH GAYA GRAVITASI
• Rumus gaya gravitasi: Wg = mg. cos  . d
• Dipengaruhi oleh sudut saat dilakukan usaha pada obyek (misal: pada jalan miring)
• Usaha yang bekerja pada pengangkatan dan penurunan objek:
K =W = EKf – EKi =Wa – (-Wg) = Wa +Wg
• CONTOH SOAL:
Sebuah peti 15 kg ditarik melalui kabel sejauh d=5,7 m di atas bidang miring tanpa gesekan
dengan ketinggian h = 2,5 m.
a) Berapa usahaWg oleh gaya gravitasi Fg?
b) Berapa usahaWT oleh gayaT dari kabel saat naik?
h

16. LATIHAN SOAL
1. Benda dengan massa 225 kg awalnya diam berpindah dengan jarak d= 8,5 m.
Gaya yang bekerja pada benda yaitu F1 sebesar 12 N mengarah ke bawah
dengan sudut 30 dan F2 sebesar 10 N mengarah ke atas dengan sudut 40.
Hitunglah:
a) Berapa usaha yang dilakukan?
b) Berapa usahaWg oleh gaya gravitasi Fg dan usahaWN oleh gaya normal FN?

17. USAHA YANG DILAKUKAN OLEH GAYA YANG
BERUBAH-UBAH
• Jika gaya F pada objek-seperti partikel tergantung pada posisi objek, usaha yang
dilakukan oleh F pada objek ketika berpindah dari posisi awal ri dengan koordinat (xi, yi,
zi) ke posisi akhir rf dengan koordinat (xf, yf, zf) harus ditentukan oleh integrasi gaya.
• Jika kita asumsikan komponen Fx bekerja pada x, komponen Fy bekerja pada y, dan
komponen Fz bekerja pada z, maka:
• Jika Fx hanya memiliki komponen x maka:

18. CONTOH SOAL
1. Sebuah gaya bekerja pada suatu benda berubah-ubah
seperti terlihat pada grafik. Berapakah total usaha yang
dilakukan?
2. Gaya F = (3x2N)î + (4N)ĵ, dengan x dalam meter, bekerja
pada partikel. Berapa usaha yang dilakukan pada partikel
selama partikel bergerak dari koordinat (2m, 3m) ke (3m,
0m)?
12
8
7
6
12

19. ENERGI

20. ENERGI
• Energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Energi
merupakan besaran turunan yang memiliki dimensi sama dengan usaha.
• Suatu system dikatakan mempunyai energi/tenaga, jika system tersebut mempunyai
kemampuan untuk melakukan usaha.
• Besarnya energi suatu system sama dengan besarnya usaha yang mampu
ditimbulkan oleh system tersebut.
• Dalam fisika, energi dapat digolongkan menjadi beberapa macam antara lain :Energi
mekanik (energi kinetik + energi potensial) , energi panas , energi listrik, energi kimia,
energy nuklir, energi cahaya, energi suara, dan sebagainya.
• HUKUM KEKEKALAN ENERGI: Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat
dimusnahkan yang terjadi hanyalah transformasi/perubahan suatu bentuk energi ke
bentuk lainnya. Contoh: energy mekanik diubah menjadi energi listrik pada air terjun.

21. JENIS-JENIS
ENERGI
1. ENERGI POTENSIAL
(POTENSIAL GRAVITASI DAN
POTENSIAL PEGAS)
2. ENERGI KINETIK
3. ENERGI MEKANIK

22. 1. ENERGI POTENSIAL
• Energy potensial adalah energy yang dimiliki benda karena keadaan atau
kedudukannya.
• Energy ini tersimpan pada benda, namunsewaktu-waktu dapat muncul saat berubah
menjadi energy lain.
• Contoh: buah durian diatas pohon memiliki energy potensial tetapi saat durian
jatuh
• Salah satu contoh energy yang masuk dalam energy potensial adalah energy
potensial gravitasi dan energy potensial pegas.

23. 1A. ENERGI POTENSIAL GRAVITASI
• Energi potensial gravitasi merupakan energi
potensial yang dimiliki benda karena berada
dalam medan gravitasi.
• Semua benda disekeliling bumi berada dalam
pengaruh medan gravitasi bumi, dan karenanya
memiliki energy potensial gravitasi.
• Energi potensial gravitasi dapat digambarkan
sebagai berikut :
• Sebuah benda bermassa m digantung seperti di
samping ini.

24. • Jika tiba-tiba tali penggantungnya putus, maka benda akan jatuh  benda
melakukan usaha, karena adanya gaya berat (w) yang menempuh jarak
• Besarnya Energi potensial benda sama dengan usaha yang sanggup dilakukan
gaya beratnya selama jatuh menempuh jarak.
• Dari keterangan di atas dapat dirumuskan sebagai berikut :

25. CONTOH SOAL 5:
• PENYELESAIAN:

26. 1B. ENERGI POTENSIAL PEGAS
• Saat kita menarik sebuah benda elastik sampai benda mengalami pertambahan
panjang (x), maka benda tersebut akan menunjukkan kemampuannya untuk kembali
ke bentuk semula, inilah yang menunjukkan energi potensial pegas.
• Kemampuan benda elastic (pegas) ini ditentukan dengan nilai konstanta pegasnya.
Hubungan antar pertambahan panjang pegas (x) terhadap besarnya gaya (F)
dilukiskan dalam grafik: di samping:
• Besar Energi Potensial Pegas (Ep) = Luasan segitiga yang diarsir

27. • Dari grafik dan keterangan di atas dapat di
tulis dalam persamaan matematis berikut:
• Perhitungan gaya pegas mengikuti:
• Hukum hooke: F = k . x dengan:
• k = konstanta pegas
• x = jarak perpindahan
• Lihat gambar di samping:
(+  jika pegas diregangkan ke kanan sumbu x)
(-  jika dimampatkan ke kiri)

28. • Jika sebuah objek diikatkan pada ujung bebas pegas, usaha (Ws) yang dilakukan pada
objek oleh gaya pegas ketika objek dipindahkan dari posisi awal (xi) ke posisi akhir
(xf) adalah:
• Untuk keadaan awal x1 = 0, Ep awal = 0  maka usaha untuk meregangkan pegas
dari keadaan awal:

29. CONTOH SOAL 6:
• PENYELESAIAN:

30. LATIHAN SOAL:
1. X
2. Sebuah benda bermassa m=0,4 kg meluncur di atas meja tanpa gesekan dengan
laju v = 0,5 m/s. Benda tersebut melaju terus dan menekan pegas dengan
konstanta pegas k = 750 N/m. Berapa jauh d pegas tertekan?

31. 2. ENERGI KINETIK • Asalnya  kerja / usaha
adalah mekanisme transfer
energy dalam suatu sistem
• Kerja yang dilakukan oleh
sejumlah gaya (F)
• Energi pada benda yang bergerak disebut energi kinetik.
Kata kinetik berasal dari bahasaYunani, “kinetikos”
 “gerak”.
• Saat benda bergerak  benda pasti memiliki kecepatan
• KESIMPULAN: Energi kinetik  energi yang
dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Energi kinetik
suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa
benda dan kuadrat kecepatannya.

33. CONTOH SOAL 7:
• Penyelesaian:

37. LATIHAN SOAL
• Dua buah objek berada pada jarak 6,4 km. Dua objek itu bertabrakan dengan
percepatan konstan 0,26 m/s2. Berat masing-masing objek 1,2x106 N.
Berapa total energi kinetik kedua objek sesaat sebelum bertabrakan?

38. 3. ENERGI MEKANIK
• Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk bergerak.
• Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energy potensial suatu benda.
• Hukum Kekekalan Energi Mekanik: Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat
dimusnahkan, energy hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk energy lainnya
• Jadi energi itu adalah KEKAL
•

39. CONTOH SOAL
• Suatu partikel dengan massa 1kg didorong dari permukaan meja yang ketinggiannya 2
m sehingga kecepatan partikel pada saat lepas dari meja = 2m/s Tentukanlah energy
mekanik partikel pada saat ketinggiannya dari tanah 1 m?
• Penyelesaian:
•
• INGAT: Em1 = Em 2

40. DAYA

41. DAYA
• Orang dewasa dan anak kecil memindahakan buah
kelapa. Keduanya sama-sama melakukan usaha, tetapi
dalam waktu yang sama orang dewasa memindahkan
buah kelapa lebih banyak.
• Hal ini dikatakan bahwa orang dewasa tersebut
mempunyai daya yang lebih besar. Juga pada kompor
listrik, setrika, dan lampu mempunyai daya yang
berbeda-beda.
• KESIMPULAN: DAYA  kemampuan untuk
melakukan usaha tiap satuan waktu atau kecepatan
untuk melakukan usaha.
• Daya akibat gaya adalah laju pada saat gaya itu
melakukan usaha terhadap objek. Jika gaya melakukan
usaha W dalam interval waktu t, maka daya:
• Daya sesaat adalah laju sesaat dari
usaha yang dilakukan:

42. SATUAN DAYA
• Daya termasuk besaran scalar yang mempunyai satuan  watt atau Joule /sekon (J/s).
• Jadi, 1 watt adalah besar daya yang dapat menimbulkan usaha 1 joule tiap sekon.
• Satuan lain adalah : 1 HP = 1 DK = 1 PK = 746 watt = 550 lbf.ft/det
• Keterangan: HP = Horse power; DK =Daya kuda; PK = Paarden Kracht. 1
• INGAT PERBEDAAN SATUAN ENERGI/USAHA DENGAN DAYA:
• Satuan energy: 1 Kwh (kilo watt hour) = 3,6 .106 watt detik = 3,6 . 106 Joule

43. CONTOH SOAL:

44. CONTOH SOAL:

48. TUGAS 1:
• Kerjakan soal no.1-10 dari Buku Bahan Ajar Fisika Teknik halaman 43-44 di kertas folio
ditulis tangan dengan caranya. (PILIHAN GANDATIDAK PERLU DITULIS) langsung
soal dan penyelesaiannya!
• Dikumpulkan dalam bentuk PDF ditulis identitas nama dan NIM di pojok kanan atas
kertas pengerjaan, paling lambat hari Sabtu 19 Maret 2022 pukul 08.00WIB melalui
email: dewi.wahyuningtyas@akprind.ac.id (dengan menuliskan subyek email:TUGAS
FISIKA TEKNIK 1)