KONSEP kerja Energi Foton

KONSEP KERJA-ENERGI Merupakan konsep alternatif untuk menyelesaikan persoalan gerak Merupakan konsep alternatif untuk menyelesaikan persoalan gerak Dikembangkan dari konsep gaya dan gerak Dikembangkan dari konsep gaya dan gerak Merupakan penghubung antara mekanika Newton dengan bagian ilmu fisika yang lain seperti gelombang, fisika panas, dan listrik magnet Merupakan penghubung antara mekanika Newton dengan bagian ilmu fisika yang lain seperti gelombang, fisika panas, dan listrik magnet Penghubung antara ilmu fisika dengan bidang ilmu lainnya (kimia, elektro, mesin, ilmu gizi dll) Penghubung antara ilmu fisika dengan bidang ilmu lainnya (kimia, elektro, mesin, ilmu gizi dll)

Apakah kerja itu? Orang memindahkan bangku dari satu tempat ke tempat lain Orang memindahkan bangku dari satu tempat ke tempat lain Mesin traktor memindahkan tanah Mesin traktor memindahkan tanah Semut membawa makanan Semut membawa makanan Orang, mesin traktor dan semut melakukan usaha/kerja (mekanik) Orang, mesin traktor dan semut melakukan usaha/kerja (mekanik) Dua komponen yang harus ada dalam usaha/kerja: Dua komponen yang harus ada dalam usaha/kerja: pelaku yang memberikan gaya pada benda pelaku yang memberikan gaya pada benda dan perpindahan benda dan perpindahan benda

APAKAH ENERGI ITU? Seseorang yang sedang mengalami kelaparan tidak dapat bekerja dengan baik Seseorang yang sedang mengalami kelaparan tidak dapat bekerja dengan baik Seorang tukang becak biasanya makannya banyak agar memperoleh banyak energi Seorang tukang becak biasanya makannya banyak agar memperoleh banyak energi Sebuah mobil memerlukan bahan bakar sebagai sumber energi agar dia bisa bergerak Sebuah mobil memerlukan bahan bakar sebagai sumber energi agar dia bisa bergerak Energi listrik diperlukan agar alat-alat listrik dapat berkerja Energi listrik diperlukan agar alat-alat listrik dapat berkerja Energi adalah suatu besaran yang menunjukkan kemampuan untuk melakukan kerja Energi adalah suatu besaran yang menunjukkan kemampuan untuk melakukan kerja

DUA BENTUK ENERGI MEKANIK ENERGI KINETIK: energi yang terkandung dalam objek yang bergerak ENERGI KINETIK: energi yang terkandung dalam objek yang bergerak Palu digerakkan agar mempunyai energi kinetik sehingga ketika palu mengenai paku, palu dapat melakukan kerja terhadap paku sehingga paku dapat menancap pada dinding Palu digerakkan agar mempunyai energi kinetik sehingga ketika palu mengenai paku, palu dapat melakukan kerja terhadap paku sehingga paku dapat menancap pada dinding ENERGI POTENSIAL: energi yang terkandung dalam suatu sistem/benda karena konfigurasi sistem tersebut atau karena posisi benda tersebut ENERGI POTENSIAL: energi yang terkandung dalam suatu sistem/benda karena konfigurasi sistem tersebut atau karena posisi benda tersebut Untuk menancapkan tiang-tiang pancang pada pekerjaan konstruksi bangunan, beban ditarik ke atas kemudian dilepaskan sehingga menumbuk tiang pancang, Untuk menancapkan tiang-tiang pancang pada pekerjaan konstruksi bangunan, beban ditarik ke atas kemudian dilepaskan sehingga menumbuk tiang pancang,

BENTUK ENERGI LAIN Energi listrik: energi potensial elektromagnetik dan energi kinetik elektron yang mengalir pada penghantar dan pada peralatan listrik Energi listrik: energi potensial elektromagnetik dan energi kinetik elektron yang mengalir pada penghantar dan pada peralatan listrik Energi kimia: energi potensial elektromagnetik dan energi kinetik pada atom dan molekul Energi kimia: energi potensial elektromagnetik dan energi kinetik pada atom dan molekul Energi dalam gas ideal: energi kinetik partikel- partikel gas ideal Energi dalam gas ideal: energi kinetik partikel- partikel gas ideal Energi nuklir: energi potensial inti (kuat dan lemah) dalam bentuk energi ikat inti atau massa (dari kesetaraan massa dengan energi) Energi nuklir: energi potensial inti (kuat dan lemah) dalam bentuk energi ikat inti atau massa (dari kesetaraan massa dengan energi)

BAGAIMANA MEKANISME PERUBAHAN BENTUK ENERGI? KERJA OLEH GAYA-GAYA DAPAT MERUBAH BENTUK ENERGI KERJA OLEH GAYA-GAYA DAPAT MERUBAH BENTUK ENERGI INTERAKSI DAPAT MERUBAH BENTUK ENERGI INTERAKSI DAPAT MERUBAH BENTUK ENERGI Contoh: PLTA Contoh: PLTA Air sungai di tempat yang tinggi mempunyai energi potensial yang besar Air sungai di tempat yang tinggi mempunyai energi potensial yang besar Jika air sungai mendapati terjunan, maka gaya gravitasi merubah energi potensial air terjun menjadi energi kinetik Jika air sungai mendapati terjunan, maka gaya gravitasi merubah energi potensial air terjun menjadi energi kinetik Ketika air terjun ini menumbuk turbin, maka kerja oleh gaya tumbukan ini merubah enrgi kinetik air terjun menjadi energi kinetik turbin Ketika air terjun ini menumbuk turbin, maka kerja oleh gaya tumbukan ini merubah enrgi kinetik air terjun menjadi energi kinetik turbin Kerja oleh turbin yang membawa kumparan untuk berputar merubah energi kinetik turbin menjadi energi listrik Kerja oleh turbin yang membawa kumparan untuk berputar merubah energi kinetik turbin menjadi energi listrik

ENERGI KINETIK Pada kotak bermassa m bekerja gaya neto F Pada kotak bermassa m bekerja gaya neto F Hukum II Newton: a= F/m Kerja oleh gaya F : W=F d Energi Kinetik: EK = ½ m v 2 F vtvt d vovo m Kerja oleh gaya neto menghasilkan perubahan energi kinetik


Kekekalan Energi Mekanik Gaya Konservatif: Gaya Konservatif: Kerja oleh gaya konservatif tidak tergantung lintasan, tapi hanya tergantung titik awal dan akhirnya saja Kerja oleh gaya konservatif tidak tergantung lintasan, tapi hanya tergantung titik awal dan akhirnya saja Contoh: gaya gravitasi, gaya pegas Contoh: gaya gravitasi, gaya pegas Jika gaya total merupakan gaya konservatif maka: Jika gaya total merupakan gaya konservatif maka: (EP + EK) akhir = (EP + EK) awal (EP + EK) akhir = (EP + EK) awal
D A Y A Daya adalah laju transfer energi dari satu sistem ke sistem lain. Jika sebuah gaya F bekerja pada suatu partikel dengan kecepatan v, maka daya yang dihasilkan adalah : Satuan SI adalah watt (W) : Contoh : Sebuah mobil sedan dapat menghasilkan gaya sebesar 2x10 4 N. Jika mobil tersebut melaju dengan kelajuan rata-rata 40 m/s tentukan daya mobil tersebut. Pertanyaan yang sama untuk sebuah truk yang dapat menghasilkan gaya 10 5 N yang melaju dengan kelajuan rata-rata 10 m/s

Konsep Impuls-Momentum Dalam proses yang sebenarnya seringkali didapatkan keadaan Dalam proses yang sebenarnya seringkali didapatkan keadaan Gaya bekerja dalam waktu yang sangat singkat, seperti dalam proses tumbukan atau peluruhan Gaya bekerja dalam waktu yang sangat singkat, seperti dalam proses tumbukan atau peluruhan Melibatkan banyak massa sekaligus Melibatkan banyak massa sekaligus Konsep Impuls-Momentum memudahkan kita untuk menyelesaikan persoalan seperti ini. Konsep Impuls-Momentum memudahkan kita untuk menyelesaikan persoalan seperti ini. Tujuan Instruksional: Setelah pertemuan ini mahasiswa dapat menentukan besaran-besaran mekanika dengan menggunakan konsep Impuls- Momentum

Gaya Impulsif: gaya yang sangat besar tetapi berlansung dalam waktu yang sangat singkat. Jika pada suatu benda bekerja gaya impulsif maka gaya lain dapat diabaikan Impuls : Contoh: Manchester United menendang bola mati sehingga sesaat setelah ditendang, bola berkelajuan 20 m/s. Jika massa bola 0,8 kg, dan waktu kontak antara kaki dan bola adalah 0,02 sekon, tentukan gaya rata-rata yang dilakukan Zidane pada bola! Bandingkan besar gaya tersebut dengan berat bola! (Ingat:impuls dan momentum merupakan besaran-besaran vektor) IMPULS = PERUBAHAN MOMENTUM



TUMBUKAN Gaya-gaya yang bekerja pada proses tumbukan adalah pasangan gaya aksi- reaksi. Berlaku hukum kekekalan momentum total Elasitisitas e : perbandingan besar kecepatan relatif antar kedua benda sesudah dan sebelum tumbukan. Harga e berkisar antara 0 (tak lenting) dan 1 (lenting)

Contoh: Sebuah peluru bermassa 20 gram ditembakkan pada bandul balistik bermassa 1980 gram sehingga akhirnya peluru bersarang dalam bandul. Jika sesaat setelah tumbukan kecepatan bandul dan peluru adalah 2 m/s, tentukan kecepatan peluru sebelum menumbuk bandul Sebuah peluru bermassa 20 gram ditembakkan pada bandul balistik bermassa 1980 gram sehingga akhirnya peluru bersarang dalam bandul. Jika sesaat setelah tumbukan kecepatan bandul dan peluru adalah 2 m/s, tentukan kecepatan peluru sebelum menumbuk bandul



PENUTUP Konsep Kerja-Energi dan Impuls- Momentum adalah konsep alternatif untuk menyelesaikan masalah mekanika Konsep Kerja-Energi dan Impuls- Momentum adalah konsep alternatif untuk menyelesaikan masalah mekanika

sekilas tumbukan foton dan energi foton

Foton yang dipancarkan dalam berkas

koheren laser

Foton adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik. Biasanya foton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik, seperti cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X. Foton berbeda dengan partikel elementer lain seperti elektron dan quark, karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya, c. Foton memiliki baik sifat gelombang maupun partikel ("dualisme gelombang-partikel").
Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa dan interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu sama lain.
Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan memindahkan energi sejumlah:

E=\frac{hc}{\lambda}

di mana

h

adalah konstanta Planck,

c

adalah laju cahaya, dan

\lambda

adalah panjang gelombangnya.
Selain energi partikel foton juga membawa momentum dan memiliki polarisasi. Foton mematuhi hukum mekanika kuantum, yang berarti kerap kali besaran-besaran tersebut tidak dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaran-besaran tersebut didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi, atau momentum tertentu.
Sebagai contoh, meskipun sebuah foton dapat mengeksitasi satu molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan sebelumnya molekul yang mana yang akan tereksitasi.
Deskripsi foton sebagai pembawa radiasi elektromagnetik biasa digunakan oleh para fisikawan. Namun dalam fisika teoretis sebuah foton dapat dianggap sebagai mediator buat segala jenis interaksi elektromagnetik, seperti medan magnet dan gaya tolak-menolak antara muatan sejenis.
Konsep modern foton dikembangkan secara berangsur-angsur antara 1905-1917 oleh Albert Einstein^[ untuk menjelaskan pengamatan eksperimental yang tidak memenuhi model klasik untuk cahaya. Model foton khususnya memperhitungkan ketergantungan energi cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan kemampuan materi dan radiasi elektromagnetik untuk berada dalam kesetimbangan termal. Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali pengamatan ini dengan model semiklasik, yang masih menggunakan persamaan Maxwell untuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model ini objek material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi. Meskipun model-model semiklasik ini ikut menyumbang dalam pengembangan mekanika kuantum, percobaan-percobaan lebih lanjut membuktikan hipotesis Einstein bahwa cahaya itu sendirilah yang terkuantisasi. Kuantum cahaya adalah foton.
Konsep foton telah membawa kemajuan berarti dalam fisika teoretis dan eksperimental, seperti laser, kondensasi Bose-Einstein, teori medan kuantum dan interpretasi probabilistik dari mekanika kuantum. Menurut model standar fisika partikel, foton bertanggung jawab dalam memproduksi semua medan listrik dan medan magnet dan foton sendiri merupakan hasil persyaratan bahwa hukum-hukum fisika memiliki kesetangkupan pada tiap titik pada ruang-waktu. Sifat-sifat intrinsik foton seperti muatan listrik, massa dan spin ditentukan dari kesetangkupan gauge ini.
Konsep foton diterapkan dalam banyak area seperti fotokimia, mikroskopi resolusi tinggi dan pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton dipelajari sebagai unsur komputer kuantum dan untuk aplikasi canggih dalam komunikasi optik seperti kriptografi kuantum

Foton awalnya dinamakan sebagai kuantum cahaya (das Lichtquant) oleh Albert Einstein.. Nama modern "photon" berasal dari kata Bahasa Yunani untuk cahaya φῶς, ditransliterasi sebagai phôs, dan ditelurkan oleh kimiawan fisik Gilbert N. Lewis, yang menerbitkan teori spekulatif yang menyebutkan foton sebagai "tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan". Meskipun teori Lewis ini tidak dapat diterima karena bertentangan dengan hasil banyak percobaan, nama barunya ini, photon, segera diadopsi oleh kebanyakan fisikawan. Isaac Asimov menyebut Arthur Compton sebagai orang yang pertama kali mendefinisikan kuantum cahaya sebagai foton pada tahun 1927 [
Dalam fisika, foton biasanya dilambangkan oleh simbol γ abjad Yunani gamma. Simbol ini kemungkinan berasal dari sinar gamma, yang ditemukan dan dinamakan oleh Villard, dan dibuktikan sebagai salah satu bentuk radiasi elektromagnetik pada 1914 oleh Ernest Rutherford dan Edward Andrade.
Dalam kimia dan rekayasa optik, foton biasanya dilambangkan oleh

h \nu

, energi foton,

h

adalah konstanta Planck dan abjad Yunani

\nu

adalah frekuensi foton. Agak jarang ditemukan adalah foton disimbolkan sebagai hf, f di sini melambangkan frekuensi.

Foton tidak bermassa, tidak memiliki muatan listrik, dan tidak meluruh secara spontan di ruang hampa. Sebuah foton memiliki dua keadaan polarisasi yang dimungkinkan, dan dapat dideskripsikan dengn tiga parameter kontinu: komponen-komponen vektor gelombang, yang menentukan panjang gelombangnya (

\lambda

) dan arah perambatannya. Foton adalah boson gauge untuk elektromagnetisme, dan sebab itu semua bilangan kuantum lainnya seperti bilangan lepton, bilangan baryon atau strangeness bernilai persis nol.
Foton diemisikan dalam banyak proses alamiah, contohnya ketika muatan dipercepat, saat transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih rendah, atau ketika sebuah partikel dan antipartikel bertumbukan dan saling memusnahkan. Foton diserap dalam proses dengan waktu mundur (time-reversed) yang berkaitan dengan yang sudah disebut di atas: contohnya dalam produksi pasangan partikel-antipartikel, atau dalam transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Dalam ruang hampa foton bergerak dengan laju

c

(laju cahaya). Energinya

E

dan momentum

p

dihubungkan dalam persamaan

E=p c

, di mana

p

merupakan nilai momentum. Sebagai perbandingan, persamaan terkait untuk partikel dengan massa

m

adalah

E^{2}=c^{2} p^{2} + m^{2} c^{4}

, sesuai dengan teori relativitas khusus.

Diagram Feynman pertukaran foton virtual (dilambangkan oleh garis gelombang dan gamma,

\gamma

) antara sebutir positron dan elektron.

{ sekilas mengenai momentum dan energi untuk mengerti tumbukan foton }

Dalam fisika, momentum atau pusa adalah besaran yang berhubungan dengan kecepatan dan massa suatu benda.

Ayunan Newton membuktikan adanya Hukum kekekalan momentum

Dalam mekanika klasik, momentum (dilambangkan dengan P) ditakrifkan sebagai hasil perkalian dari massa dan kecepatan, sehingga menghasilkan vektor.
Momentum suatu benda (P) yang bermassa m dan bergerak dengan kecepatan v diartikan sebagai ::

\mathbf{P}= m \mathbf{v}\,\!

Massa merupakan besaran skalar, sedangkan kecepatan merupakan besaran vektor. Perkalian antara besaran skalar dengan besaran vektor akan menghasilkan besaran vektor. Jadi, momentum merupakan besaran vektor. Momentum sebuah partikel dapat dipandang sebagai ukuran kesulitan untuk mendiamkan benda. Sebagai contoh, sebuah truk berat mempunyai momentum yang lebih besar dibandingkan mobil yang ringan yang bergerak dengan kelajuan yang sama. Gaya yang lebih besar dibutuhkan untuk menghentikan truk tersebut dibandingkan dengan mobil yang ringan dalam waktu tertentu. (Besaran mv kadang-kadang dinyatakan sebagai momentum linier partikel untuk membedakannya dari momentum angular).

Hukum Kekekalan Momentum

Sama seperti energi, dalam kondisi tertentu, momentum suatu sistem akan kekal atau tidak berubah. Untuk memberikan pemahaman mengenai hal tersebut, maka akan digunakan konsep Pusat Massa. Misal jika ada sebuah sistem yang terdiri dari beberapa benda dengan massa

\mathbf{m_1}, \mathbf{m_2}, \mathbf{.....}.

bergerak dengan kecepatan masing-masing adalah

\mathbf{v_1}, \mathbf{v_2}, \mathbf{.....}.

, maka kecepatan pusat massa sistem tersebut adalah :

\mathbf{v_{cm}} = { \displaystyle\sum m_i \mathbf{v}_i \over \displaystyle\sum m_i }.

Dan jika sistem tersebut bergerak dengan dipercepat dengan percepatan masing-masing adalah

\mathbf{a_1}, \mathbf{a_2}, \mathbf{.....}.

, maka percepatan pusat massa sistem tersebut adalah :

\mathbf{a_{cm}} = { \displaystyle\sum m_i \mathbf{a}_i \over \displaystyle\sum m_i }.

Sekarang jika benda-benda tersebut masing-masing diberi gaya

\mathbf{F_1}, \mathbf{F_2}, \mathbf{.....}.

, maka benda-benda tersebut masing-masing memiliki percepatan :

\mathbf{a_{i}} = { \mathbf{F_i} \over m_i }.

Sehingga percepatan pusat massa sistem dapat dinyatakan sebagai :

\mathbf{a_{cm}} = { \displaystyle\sum \mathbf{F}_i \over \displaystyle\sum m_i }.

Notasi

\displaystyle\sum \mathbf{F}_i.

merupakan notasi yang menyatakan resultan gaya yang bekerja pada sistem tersebut. Jika resultan gaya yang bekerja pada sistem bernilai nol (

\displaystyle\sum \mathbf{F}_i = 0

), maka sistem tersebut tidak dipercepat (

\displaystyle\sum \mathbf{a}_i = 0

). Jika sistem tidak dipercepat, artinya sistem tersebut kecepatan pusat massa sistem tersebut konstan (

\mathbf{v_{cm}} = constant

). Jadi dapat disimpulkan bahwa :

\displaystyle\sum m_i \mathbf{v}_i = constant.

Notasi di atas merupakan notasi dari hukum kekekalan momentum. Jadi total momentum suatu sistem akan selalu kekal hanya jika resultan gaya yang bekerja pada sistem tersebut bernilai nol.

Kecuali karena kehilangan amat kecil akibat friksi dan transfer panas, momentum disimpan pada stik biliar. Ketika satu bola mengenai bola lain dan berhenti, semua momentumnya dipindahkan ke bola lainnya.
Simbol umum	p, p
Satuan SI	kg m/s or N s