Hukum Coulomb

Hukum Coulomb

Hukum Coulomb merupakan salah satu hukum dasar dalam Ilmu Fisika khususnya yang berkaitan dengan kelistrikan. Hukum ini berbicara tentang gaya yang muncul diantara dua partikel bermuatan. Seiring dengan peningkatan jarak, medan dan gaya listrik akan mengecil. Gagasan dasar ini kemudian diformulasikan oleh Coulomb menjadi persamaan matematis. Gaya antara partikel bermuatan ini dapat bernilai postif ataupun negatif, bergantung pada apakah kedua partikel tersebut saling tarik menarik atau tolak menolak.

Bunyi hukum Coulomb yaitu “besarnya gaya tarik-menarik dan tolak-menolak sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan.” Gaya tarik-menarik atau tolak menolak ini disebut dengan gaya Coulomb atau gaya listrik. Hukum Coulomb dirumuskan melalui persamaan:

Rumus Hukum Coulomb dirumuskan pertama kali oleh Charles Augustin de Coulomb. Beliau adalah seorang ilmuwan Perancis yang bekerja pada 1700-an. Meskipun sebelumnya, seorang ilmuwan Inggris bernama Henry Cavendish juga mengusulkan ide yang hampir sama. Tetapi, Coulomb lebih dikenal sebagai penemu dari gaya partikel bermuatan ini, karena Cavendish hampir tidak pernah mempublikasikan karyanya. Dunia tidak pernah tahu tentang pekerjaan Cavendish hingga satu dekade setelah ia meninggal.

Dalam hukum Gravitasi, telah dipahami bahwa jika kita meningkatkan massa benda maka akan membuat gaya semakin besar. Hampir sama dengan yang terjadi pada hukum Coulomb, gaya yang bekerja diantara dua partikel bermuatan, bergantung pada besarnya muatan yang dimiliki oleh masing-masing partikel tersebut. Selain itu, tentu saja jarak antara partikel juga berpengaruh pada besarnya gaya.

Perhatikan contoh percobaan berikut:

Pernahkah anda menyaksikan peristiwa dua benda non magnetik yang saling tarik-menarik? Jika belum, lakukanlah percobaan berikut:

Sobeklah selembar kertas menjadi potongan kecil-kecil (kurang lebih ukuran 1 cm x 1 cm). Kemudian gosokkanlah sebatang penggaris plastik ke rambut kering, dan dekatkan penggaris itu ke potongan kertas tadi. Apa yang terjadi? Potongan kertas kecil akan menempel ke penggaris plastik. Mengapa demikian?

Tarik menarik antara kertas dengan penggaris plastik terjadi akibat adanya perbedaan muatan listrik yang dimiliki kedua benda itu. Prosesnya penggaris yang bermuatan listrik dapat menarik sobekan-sobekan kertas dapat dijelaskan sebagai berikut:
Dalam kebanyakan atom atau molekul netral, pusat muatan positif berimpit dengan pusat muatan negatif. Ketika isolator misalnya sobekan-sobekan kertas yang bermuatan netral didekati oleh benda bermuatan listrik positif misalnya penggaris, pusat muatan negatif kertas ditarik mendekati benda bermuatan positif penggaris. Dengan demikian, akan dihasilkan muatan yang lebih negatif pada sisi kertas yang berdekatan dengan benda pemberi muatan (penggaris). Muatan yang berbeda jenis ini menghasilkan gaya tarik menarik sehingga isolator dapat menempel pada benda bermuatan listrik.

Muatan listrik merupakan entitas dasar dan menjadi primadona dalam elektrostatika. Muatan listrik dapat dipindah dari suatu benda ke benda lainnya dengan cara menggosok atau cara lainnya, akan tetapi muatan tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Ada tiga jenis muatan yaitu positif, negatif dan netral. Muatan yang sejenis bersifat tolak-menolak, dan muatan yang tak sejenis akan tarik-menarik.

Muatan listrik itu tersimpan dalam benda-benda yang berada di sekeliling kita, seperti misalnya pada plastik yang digosok dengan wool, gelas yang digosok dengan sutera pada kilat, dan masih banyak yang lainnya lagi.

Benda-benda yang bermuatan akan mengerjakan gaya terhadap benda bermuatan lainnya. Gaya ini dinamakan gaya elektrostatik. Gaya ini bergantung pada besarnya muatan masing-masing benda dan bergantung pada jarak ke dua benda.

Contoh Soal:

Hukum Boyle

Hukum Boyle

Hukum Boyle adalah salah satu dari banyak hukum kimia dan merupakan kasus khusus dari hukum kimia ideal. Hukum Boyle mendeskripsikan kebalikan hubungan proporsi antara tekanan absolut dan volume udara, jika suhu tetap konstan dalam sistem tertutup. Hukum ini dinamakan setelah kimiawan dan fisikawan Robert Boyle yang menerbitkan hukum aslinya pada tahun 1662. Bunyi hukum Boyle yaitu "Untuk jumlah tetap gas ideal tetap di suhu yang sama, P (tekanan) dan V (volume) merupakan proporsional terbalik (dimana yang satu ganda, yang satunya setengahnya)."

Dalam hal ini yang disebut gas ideal adalah gas yang memenuhi asumsi-asumsi sebagai berikut :

1. Terdiri atas partikel dalam jumlah yang banyak dan tidak ada gaya tarik-menarik antarpatikel

2. Setiap partikel gas selalu bergerak dengan arah acak (sembarang)

3. Ukuran partikel diabaikan terhadap ukuran wadah

4. Setiap tumbukan yang terjadi secara lenting sempurna.

5. Partikel-partikel gas terdistribusi merata pada seluruh ruang dalam wadah.

6. Gerak partikel gas memenuhi hukum newton tentang gerak.

Robert Boyle menyatakan tentang sifat gas bahwa massa gas (jumlah mol) dan temperatur suatu gas dijaga konstan, sementara volume gas diubah.... ternyata, tekanan yang dikeluarkan gas juga berubah sedemikian hingga perkalian antara tekanan (P) dan volume (V) , selalu mendekati konstan. Dengan demikian suatu kondisi bahwa gas tersebut adalah gas sempurna (ideal).

Kemudian hukum ini dikenal dengan Hukum Boyle dengan persamaan :

P1.V1 = selalu konstan

Atau , jika P1 dan V1 adalah tekanan awal dan volume awal, sedangkan P2 dan V2 adalah tekanan dan volume akhir, maka :

P1.V1 = P2.V2 = konstan

Syarat berlakunya hukum Boyle adalah bila gas berada dalam keadaan ideal (gas sempurna), yaitu gas yang terdiri dari satu atau lebih atom-atom dan dianggap identik satu sama lain. Setiap molekul tersebut bergerak secara acak, bebas dan merata serta memenuhi persamaan gerak Newton. Yang dimaksud gas sempurna (ideal) dapat didefinisikan bahwa gas yang perbangdingannya PV/nT nya dapat didefinisikan sama dengan R pada setiap besar tekanan. Dengan kata lain, gas sempurna pada tiap besar tekanan bertabiat sama seperti gas sejati pada tekanan rendah.

Persaman gas sempurna :

P.V = n.R.T

Keterangan :

P : tekanan gas (n / m2 atau pa)

V : volume gas (m3)

n : jumlah mol gas

T : temperatur mutlak (Kelvin)

R : konstanta gas universal (0,082liter.atm.mol-1.K-1)

Rumus hukum Boyle yang dikemukakan oleh Robert Boyle dinyatakan bahwa hasil kali antara tekanan dan volum akan bernilai konstan selama massa dan suhu gas dijaga konstan. Secara matematis dapat di tulis:

P.V = C

Keterangan:

P = tekanan gas (n / m2 atau pa)

V = volum gas (m3)

c = tetapan berdimensi usaha

HUKUM ARCHIMEDES

HUKUM ARCHIMEDES 

Hukum Archimedes adalah sebuah hukum tentang prinsip pengapungan diatas benda cair yang ditemukan oleh seorang ilmuwan yang bernama Archimedes. Beliau adalah seorang matematikawan, astronom, filsuf, fisikawan, dan insinyur berkebangsaan Yunani.

Archimedes juga digolongkan sebagai salah satu ahli matematika kuno dan merupakan yang terbaik dan terbesar di jamannya. Perhitungan dari Archimedes yang akurat tentang lengkungan bola di jadikan konstanta matematika untuk Pi atau π.

A. Latar Belakang

Pada suatu hari Archimedes dimintai Raja Hieron II untuk menyelidiki apakah mahkota emasnya dicampuri perak atau tidak. Archimedes memikirkan masalah ini dengan sungguh-sungguh. Hingga ia merasa sangat letih dan menceburkan dirinya dalam bak mandi umum penuh dengan air. Lalu, ia memperhatikan ada air yang tumpah ke lantai dan seketika itu pula ia menemukan jawabannya. Ia bangkit berdiri, dan berlari sepanjang jalan ke rumah dengan telanjang bulat. Setiba di rumah ia berteriak pada istrinya, “Eureka! Eureka!” yang artinya “sudah kutemukan! sudah kutemukan!” Lalu disinilah Archimedes membuat hukumnya. Singkat cerita, dengan itu ia membuktikan bahwa mahkota raja dicampuri dengan perak. Tukang yang membuatnya dihukum mati.

Penemuan yang lain adalah tentang prinsip matematis tuas, sistem katrol yang didemonstrasikannya dengan menarik sebuah kapal. Ulir penak, yaitu rancangan model planetarium yang dapat menunjukkan gerak matahari, bulan, planet-planet, dan kemungkinan rasi bintang di langit.

Archimedes adalah orang yang mendasarkan penemuannya dengan eksperimen sehingga Beliau dijuluki Bapak IPA Eksperimental.

B. Bunyi Hukum Archimedes

Archimedes menemukan hukum ini pada sebuah peristiwa yang disebut dengan Hukum Archimedes. Bunyi hukum archimedes ini ialah “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” Misalnya air mempunyai volume tertentu, jika sebuah benda dimasukkan ke dalam air tersebut, maka permukaan air akan terdesak atau naik. Hal ini karena adanya gaya ke atas yang sering disebut gaya Archimedes.

C. Prinsip Archimedes

Prinsip hukum archimedes ketika kita menimbang batu di dalam air, berat batu yang terukur pada timbangan pegas menjadi lebih kecil dibandingkan dengan ketika kita menimbang batu di udara (tidak di dalam air). Massa batu yang terukur pada timbangan lebih kecil karena ada gaya apung yang menekan batu ke atas. Efek yang sama akan dirasakan ketika kita mengangkat benda apapun dalam air. Batu atau benda apapun akan terasa lebih ringan jika diangkat dalam air. Hal ini bukan berarti bahwa sebagian batu atau benda yang diangkat hilang sehingga berat batu menjadi lebih kecil, tetapi karena adanya gaya apung. Arah gaya apung ke atas, alias searah dengan gaya angkat yang kita berikan pada batu tersebut sehingga batu atau benda apapun yang diangkat di dalam air terasa lebih ringan.

D. Rumus Hukum Archimedes
Rumus hukum archimedes atau Gaya apung adalah selisih antara berat benda di udara dengan berat benda dalam zat cair.

Mengapung, tenggelam dan melayang

Syarat benda mengapung : Massa jenis benda harus lebih kecil dari massa zat cair

Syarat benda melayang : Massa jenis benda harus sama dengan dari massa zat cair
Syarat benda tenggelam : Massa jenis benda harus lebih besar dari massa zat cair

E. Hukum Turunan Archimedes

Hukum turunan archimedes berdasarkan bunyi dan rumus hukum Archimedes, suatu benda yang akan terapung, tenggelam atau melayang didalam zat cair tergantung pada gaya berat dan gaya keatas. Maka dari itu, berdasarkan hukum diatas, terciptalah 3 hukum turunan dari hukum Archimedes yang berbunyi:

1. Benda akan terapung jika massa jenis benda yang dimasukan kedalam air lebih kecil dari massa jenis zat cairnya

2. Benda akan melayang jika massa jenis benda yang dimasukan kedalam air sama dengan massa jenis zat cairnya

3. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda yang dimasukan kedalam air lebih besar dari pada massa jenis zat cairnya.

F. Penerapan Hukum Archimedes

Penerapan hukum archimedes dalam kehidupan sehari-hari, setelah mengerti dan memahami bunyi hukum Archimedes, banyak ilmuwan yang pada akhirnya terinspirasi oleh hukum tersebut dan diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari. Contoh penerapan dan aplikasi hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari sangat banyak dan beragam. Bukan hanya yang berhubungan langsung dengan benda cair tapi juga berhubungan dengan udara. Berikut ini contoh penerapan dan aplikasi hukum Archimedes dalam dunia nyata.
1. Teknologi perkapalan seperti Kapal laut dan kapal Selam

Teknologi perkapalan merupakan contoh hasil aplikasi ata penerapan hukum Archimedes yang paling sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Kapan laut terbuat dari besi atau kayu yang di buat berongga dibagian tengahnya. Rongga pada bagian tengah kapal laut ini bertujuan agar volume air laut yang dipindahkan badan kapal besar. Aplikasi ini bedasarkan bunyi hukum Archimedes dimana gaya apung suatu benda sebanding dengan banyaknya air yang dipindahkan. Dengan menggunakan prinsip tersebut maka kapal laut bisa terapung dan tidak tenggelam.

Berbeda dengan kapal selam yang memang di kehendaki untuk bisa tenggelam di air dan juga mengapung di udara. Untuk itu pada bagian tertentu dari kapal selam di persiapkan sebuah rongga yang dapat menampung sejumlah air laut yang bisa di isi dan di buang sesuai kebutuhan. Saat ingin menyelam, rongga tersebut di isi dengan air laut sehingga berat kapal selam bertambah. Sedangkan saat ingin mengapung, air laut dalam rongga tersebut di keluarkan sehingga bobot kapal selam menjadi ringan dan mampu melayang di permukaan.

2. Alat pengukur massa jenis (Hidrometer)

Hidrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Hidrometer merupakan contoh penerapan hukum Archimedesdalam kehidupan sehari-hari yang paling sederhana. Cara kerja hidrometer merupakan realisasi bunyi hukum archimede, dimana suatu benda yang dimasukan kedalam zat cair sebagian atau keseluruhan akan mengalami gaya keatas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.Jika hidrometer dicelupkan ke dalam zat cair, sebagian alat tersebut akan tenggelam. Makin besar massa jenis zat cair, Makin sedikit bagian hidrometer yang tenggelam. Seberapa banyak air yang dipindahkan oleh hidrometer akan tertera pada skala yang terdapat pada alat hidrometer. 

3. Jembatan Poton

Jembatan poton adalah sebuah jembatan yang terbuat dari kumpulan drum-drum kosong yang melayang diatas air dan diatur sedemikian rupa sehingga menyerupai sebuah jembatan. Jembatan poton disebut juga jembatan apung. Untuk bisa di jadikan sebagai jembatan, drum-drum tersebut harus berada dalam kondisi kosong dan tertutup rapat sehinggaudara di dalam drum tidak dapat keluar dan air tidak dapat masuk kedalam. Dengan cara itu berat jenis drum dapat diminimalkan sehingga bisa terapung di atas permukaan air.

4. Teknologi Balon Udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Jadi ternyata aplikasi hukum Archinedes tidak hanya berlaku untuk benda cair tetapi juga benda gas. Untuk dapat terbang melayang di udara, balon udara harus diisi dengan gas yang bermassa jenis lebih kecil dari massa jenis udaraatmosfer, sehingga, balon udara dapat terbang karena mendapat gaya keatas, misalnya diisi udara yang dipanaskan. Udara yang dipanaskan memiliki tingkat kerenggangan lebih besar daripada udara biasa. Sehingga masa jenis udara tersebut menjadi ringan.