Fisika Dasar 2

I. Tujuan Pembelajaran

Mata kuliah fisika dasar bertujuan agar mahasiswa menguasai berbagai konsep  serta hukum-hukum dasar fisika dalam bentuk deskripsi matematis menggunakan konsep vektor, kalkulus sederhana, serta integral vektor. Mata kuliah ini berfungsi sebagai jembatan antara fisika SMA dengan fisika yang digunakan dalam tingkat-tingkat lanjutan. Dengan mengikuti seluruh kegiatan belajar mengajar mata kuliah Fiska Dasar II ini, mahasiswa  dapat menguasai berbagai konsep dan prinsip berhubungan dengan interaksi antara muatan listrik dengan medan gaya listrik statik, yaitu perhitungan medan listrik statik oleh berbagai distribusi muatan listrik, konsep dielektrik dan kapasitansi, konduksi listrik dalam logam, interaksi antara muatan bergerak dan medan magnet statik, imbas magnetik dan induktansi, rangkaian listrik dc dan ac. Selain itu mata kuliah ini bertujuan agar dikuasai berbagai konsep dan prinsip tentang gejala gelombang sebagai medan yang merambat secara matematis, serta berbagai sifat yang bersifat umum untuk berbagai macam gejala gelombang dalam alam.  Dengan mata kuliah ini juga diharapkan dikuasai berbagai konsep dan prinsip dasar dalam fisika modern, yaitu  fisika untuk benda yang bergerak mendekati kecepatan cahaya,  benda dengan ukuran atomis, benda dalam jumlah amat besar, serta susunan dasar zat.

II. Materi kuliah:

Listrik Magnet. Medan gaya listrik: muatan listrik dan hukum Coulomb, medan gaya listrik sebagai medan interaksi vektor yang ditimbulkan oleh muatan diskrit dan distribusi muatan , hukum Gauss dan pemakaiannya. Potensial listrik : medan gaya konservatif, energi potensial sebagai medan interaksi bersifat skalar, potensial listrik, potensial akibat muatan listrik diskrit dan distribusi muatan, hubungan medan listrik dan potensial untuk sistem kordinat kartesis, dipol listrik dan multipol listrik. Kapasitor: kapasitasnsi, kapasitor, hubungan seri dan paralel pada kapasitor, energi tersimpan dalam kapasitor, peristiwa pengisian dan pengosongan kapasitor (arus transien). Dielektrik: polarisasi bahan dielektrik oleh  medan listrik, pergeseran listrik, permitivitas dan tetapan dielektrik. Arus listrik : teori konduksi arus listrik, hukum Ohm mengenai rapat arus dan kuat medan listrik,  rangkaian listrik arus searah dan analisis loop. Medan magnet : gaya Lorentz, gaya terhadap kawat berarus yang berada dalam medan magnet, motor listrik. hukum Biot-Savart,  medan magnet induksi akibat kawat berarus , dipol magnetik, Hukum Ampere, gaya antara dua kawat sejajar berarus, kuat medan magnet untuk solenoide dan toroide. Imbas magnetik: Hukum imbas Faraday , dan Hukum Lenz, generator listrik, induktansi, transformator. Arus bolak-alik: pengertian-pengertian dasar arus bolak-balik ( nilai sesaat, nilai efektif dan nilai  rata-rata), impedansi , resonansi rangkaian RLC seri dan paralel.

Gelombang dan Optika. Sifat-sifat gelombang : gejala gelombang, fungsi gelombang, persamaan gelombang, prinsip superposisi pada gelombang , superposisi gelombang sinusoidal dengan cara fasor, gelombang tali, gelombang permukaan air, gelombang bunyi, transmisi dan pantulan, pembiasan, daya dan intensitas gelombang, efek Doppler. Interferensi gelombang : interferensi gelombang cahaya oleh  2 celah atau lebih, pengaruh lebar celah dalam pola interferensi, difraksi kisi celah banyak, interferensi pada lapisan tipis. Polarisasi : polarisasi cahaya, polarisasi bidang, polarisasi lingkaran, dan polariasasi eliptis, hukum Malus dan hukum Brewster, bias rangkap dan pelat retardasi, keaktifan optis. Optika geometris: pembentukan bayangan pada pembiasan dan pantulan pada permukaan sferis  dan lensa. Alat-alat optis: loupe, teleskop, mikroskop, pengaruh difraksi terhadap resolusi bayangan.

Fisika Modern. Teori Relativitas Khusus: eksperimen Michelson dan Morley, eksperimen Fizeau, transformasi Lorentz, dilasi waktu, kontraksi Lorentz, energi dan momentum relativistik, hubungan energi dan momentum. Fisika Kuantum: radiasai benda hitam, dualitas gelombang – partikel, efek fotolistrik, efek Compton, produksi pasangan, persamaan Schrodinger dan solusinya untuk partikel dalam kotak. Susunan atom dan molekul: spektrum atom hidrogen, teori Bohr, teori kuantum, susunan berkala, spektrum molekul. Susunan Inti atom : hamburan Rutherford, radioaktivitas, isotop, interaksi radiasi dengan bahan, peluruhan alfa, beta, dan gamma, energi ikat inti, reaksi inti, fisi, reaktor nuklir.

III. Satuan Perkuliahan

1. Muatan Listrik dan Medan Listrik [ppt] [Fisdas-2-01] [FD2-vektor]
   1. Muatan listrik dan hukum Coulomb
   2. Medan Listrik
   3. Gerak partikel bermatan dalam medan listrik
2. Perhitungan Medan Listrik [ppt] [Fisdas-2-02]
   1. Medan listrik oleh muatan titik
   2. Medan listrik oleh distribusi muatan kontinu
   3. Fluks listrik dan hukum Gauss
   4. Sifat elektrostatik konduktor
3. Potensial Listrik [pdf] [FisDas2-03]
   1. Potensial listrik dan medan listrik
   2. Potensial listrik oleh muatan titik
   3. Potensial listrik oleh distribusi muatan kontinu
   4. Permukaan ekuipotensial dan konduktor bermuatan
   5. Energi potensial elektrostatik oleh kumpulan muatam
4. Kapasitansi, Arus, dan Resistansi [pdf] [FisDas2-04]
   1. Kapasitansi : Kapasitansi kapasitor simetrik, kapasitor dalam hubungan seri dan parallel, dan efek material dielektrik
   2. Arus dan Resistansi: Resistivitas dan hokum Ohm, Resistor dan Kombinasi Resistor
   3. Energitika Resistor dan Kapasitor: Daya yang terdesipasi dalam resistor, dan energi tersimpan dalam kapasitor
5. Rangkaian Arus Searah [pdf] [FisDas2-05]
   1. Reservoir energi dalam rangkaian DC
   2. Analisis rangkaian DC arus mantap (hukum Kirchhoff)
   3. Ammeter dan Voltmeter dalam rangkaian DC
   4. Rangkaian RC
6. Medan Magnet [pdf]
   1. Gaya magnetic pada muatan bergerak
   2. Hukum Biot-Savart
   3. Hukum Gauss untuk medan magnetic dan Hukum Ampere
7. Induksi Magnetik [pdf]
   1. Emf induksi : Hukum Faraday dan Hukum Lenz
   2. Induktansi : Induktor sebagai komponen rangkaian, dan energitika dari inductor
   3. Rangkaian LR
   4. Media Magnetik
   5. Persamaan Maxwell
8. Osilasi Elektromagnetik (Rangkaian Arus AC)  [pdf]
   1. Rangkaian arus bolak-balik : Komponen dalam rangkaian AC, Rangkaian seri RLC, Resonansi dalam rangkaian AC, daya dan nilai RMS dalam rangkaian AC
   2. Radiasi elektromagnetik
   3. Spektrum elektromagnetik
9. Optika Geometri  [pdf-a]  [pdf-b]
   1. Prinsip Fermat : Hukum Pemantulan (dalam cermin datar dan cermin lengkung)
   2. Pembiasan cahaya : Hukum pembiasan, pembiasan internal total, pembiasan pada permukaan datar, dan pembiasan pada permukaan lengkung
   3. Lensa tipis
   4. Instrumen Optikal
10. Gelombang dan Optika Fisis  [pdf-a]  [pdf-b]
    1. Interferensi optikal : interferensi celah ganda, dan interferensi film tipis (thin film)
    2. Difraksi optikal: difraksi celah tunggal, dan difraksi gratings
    3. Polarisasi cahaya
11. Fisika Modern 1 [ppt]
    1. Relativitas Khusus
    2. Fisika Kuantum
12. Fisika Modern 2 [pdf]
    1. Topik-topik dalam fisika kuantum
    2. Pengantar Mekanika Gelombang
13. Fisika Modern 3 [pdf] [FD2-12]
    1. Fisika Atom
    2. Fisika Inti
14. Fisika Modern 4
    1. Aplikasi Fisika Atom
    2. Aplikasi Fisika Inti

Download:

• Lembar Kerja Mahasiswa: Listrik Magnet
• Lembar Kerja Mahasiswa: Optika
• Tugas rangkaian listrik

Referensi:

1. Stanford, A. L. and Tanner, J. M., 1985, Physics for Students of  Science and Engineering, Academic Press, Inc., Orlando.
2. Young, H.D., and Freedman, R.A., 2000, Sears and Zemansky’s University Physics, Addison-Wesley, San Francisco.
3. Raymond A. Serway & John W. Jewett, Physics for Scientists and Engineers.
4. David Halliday, Robert Resnick and Jearl Walker,  Fundamentals of Physics Extended.