Area yang tercakup dalam fisika teknik
Fisika teknik mencakup segala hal mulai dari biologi hingga matematika dan teknologi. Dengan menjelajahi beberapa contoh, kita akan melihat mengapa fisika memainkan peran penting dalam memecahkan masalah-masalah teknik. Bidang-bidang yang terkait dengan fisika teknik meliputi:
- Komputasi.
- Biologi.
- Ilmu kedokteran.
- Ilmu material.
- Kimia.
- Fisika.
- Matematika.
- Ilmu nuklir.
- Teknik elektro.
- Teknik elektronik.
- Teknik Mesin.
- Teknik termal dan termodinamika.
- Teknik kedirgantaraan dan aeronautika.
Dalam fisika teknik, sebagian besar tahun pertama di A-Level didedikasikan untuk dinamika gerakan, dan teknik termal dan termodinamika. Pentingnya fisika di bidang-bidang ini dan dalam bidang teknik secara umum adalah karena fisika menggambarkan mekanisme di mana alam semesta dan sistemnya yang beragam bekerja bersama.
Dinamika gerakan
Gerakan dan dinamikanya merupakan salah satu aspek utama fisika teknik. Studi tentang gerakan penting karena berbagai aplikasinya di berbagai bidang seperti robotika, lintasan luar angkasa, fisika partikel, dan objek apa pun yang bergerak.
Dinamika gerakan menggunakan penyederhanaan objek yang bergerak dan massanya untuk memodelkannya. Model ini memungkinkan kita untuk mempelajari bagaimana gaya yang bekerja pada suatu objek mempengaruhi pergerakannya. Berikut adalah beberapa contoh masalah yang dapat diselesaikan dengan menerapkan dinamika gerakan:
- Lintasan peluncuran roket atau orbit satelit dalam teknik kedirgantaraan.
- Pergerakan lengan robotik dalam industri dan aplikasi lainnya.
- Dinamika fluida dalam teknologi kedirgantaraan, aeronautika, dan angkatan laut.
Teknik termal dan termodinamika
Teknik termal dan termodinamika mempelajari perangkat yang menggunakan panas untuk menghasilkan kerja atau menggunakan kerja untuk memodifikasi suhu suatu objek atau tempat. Teknik termal dan termodinamika memiliki berbagai aplikasi, mulai dari mesin hingga produksi energi, bahkan termasuk proses biologis dan kimiawi yang melibatkan energi.
Dinamika rotasi
Dinamika rotasi adalah bidang dinamika gerakan yang mempelajari objek yang bergerak dalam jalur melingkar atau setengah lingkaran. Dinamika rotasi sebagai bidang studi meliputi:
- Perpindahan sudut, termasuk kecepatan, percepatan, dan percepatan sudut.
- Analisis energi (kinetik dan potensial), kerja, dan daya mekanik suatu benda dalam gerakan rotasi.
- Analogi antara gerak garis lurus dan gerak melingkar.
- Torsi dan momen inersia.
Termodinamika dan mesin
Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari pertukaran energi dalam suatu sistem. Energi dipertukarkan sebagai panas atau kerja, yang menyebabkan perubahan suhu sistem. Perubahan energi dan kerja dapat menyebabkan gerakan kompresi dan ekspansi pada beberapa sistem gas.
Mesin termal
Mesin adalah sistem yang menggunakan energi untuk menghasilkan kerja atau sebaliknya. Mesin termal menggunakan atau menghasilkan panas. Mesin juga dapat menghasilkan kerja untuk mengubah energi suatu benda. Lihat contoh mesin berikut ini yang menggunakan energi atau memodifikasi energi suatu objek:
- Mesin mobil menggunakan gas untuk menghasilkan pembakaran. Pembakaran tersebut kemudian diubah menjadi gerakan, menggunakan sistem mekanis kompleks yang menghubungkan mesin dengan roda mobil.
- Mesin freezer menggunakan energi listrik untuk menghasilkan kerja dan mengekstrak energi panas dari dalam freezer, sehingga membuatnya lebih dingin daripada bagian luarnya.
- Mesin dimodelkan dengan termodinamika, menggunakan kerja dan energi yang dihasilkan dan/atau diserap oleh mesin tersebut.
Hubungan antara termodinamika dan mesin
Mesin, seperti yang terdapat pada mobil, pembangkit listrik, atau freezer, dimodelkan sebagai sebuah sistem yang menggunakan atau mengekstrak energi dalam bentuk panas. Pemodelan mesin, di mana termodinamika digunakan, mengabaikan banyak bagian dari sistem untuk menyederhanakan studinya. Pemodelan ini berfokus pada berapa banyak energi yang dikonsumsi untuk menghasilkan sejumlah kerja.
Pemodelan termodinamika berguna dalam berbagai bidang, seperti yang tercantum di bawah ini:
- Pemodelan pembangkit listrik, termasuk pembangkit listrik tenaga panas, pembangkit listrik tenaga nuklir, dan lainnya.
- Perangkat pertukaran termal, seperti perangkat pembekuan sederhana (freezer) atau yang lebih kompleks seperti sistem pendingin yang digunakan dalam roket.
- Siklus termodinamika mesin pembakaran, seperti mesin diesel, mesin Stirling, dan lain-lain.
- Fisika teknik. Termodinamika. Pembangkit listrik. Belajar lebih cerdas.
Hukum-hukum termodinamika
Studi termodinamika telah didukung oleh model teoretis yang menyederhanakan pertukaran energi dan kerja objek nyata. Dengan cara itu, hasil penting telah dicapai yang lebih dikenal sebagai 'hukum termodinamika'. Hukum-hukum ini, yang menggambarkan hubungan antara kerja, panas, dan suhu, diterapkan secara universal pada setiap objek yang ada.
Ada empat hukum termodinamika:
- Hukum ke nol: hukum keseimbangan termal.
- Hukum pertama: hukum yang menggambarkan energi internal suatu zat.
- Hukum kedua: hukum entropi yang tidak dapat diubah.
- Hukum ketiga: hukum nilai entropi yang konstan dalam suatu sistem pada nilai nol mutlak.
Fisika Teknik - Poin-poin penting:
- Fisika teknik adalah bidang fisika yang berfokus pada aplikasi praktisnya.
- Fisika teknik tidak hanya didasarkan pada fisika tetapi juga pada bidang-bidang seperti biologi, elektronik, ilmu komputer, matematika, mekanika, kimia, dan lainnya.
- Dua bidang yang sangat penting dalam fisika teknik adalah dinamika gerakan dan rekayasa termal dan termodinamika.
- Termodinamika dan mesin adalah cabang dari teknik termal yang mempelajari pertukaran energi dan kerja suatu sistem. Pemodelan mesin menggunakan termodinamika.
- Dinamika rotasi adalah cabang dari dinamika gerakan, yang mempelajari pergerakan benda pada lintasan melingkar. Dinamika rotasi diterapkan di berbagai bidang seperti teknik kedirgantaraan dan robotika.
Pertanyaan yang sering diajukan tentang Fisika Teknik
Mengapa fisika penting dalam bidang teknik?
Fisika menjelaskan mekanisme alam semesta dan sistemnya yang beragam bekerja bersama. Pengetahuan tersebut, yang diekspresikan dalam hukum dan teori, dapat diterapkan di banyak bidang sains dan teknik. Misalnya, dalam teknik mesin, hukum gerak dan gaya digunakan untuk memodelkan dan menciptakan beragam mesin dan perangkat.
Apa yang dilakukan oleh jurusan Fisika Teknik?
Fisika teknik adalah bidang teknik yang berkaitan dengan aplikasi praktis fisika untuk industri, sains dan teknologi. Seorang mahasiswa jurusan Teknik Fisika menggunakan pengetahuan mereka untuk memecahkan masalah di berbagai bidang teknologi, sains, dan masyarakat.
Apa saja topik dalam fisika teknik?
Fisika teknik mencakup banyak topik, yang terkait dengan berbagai bidang seperti matematika, komputasi, teknik mesin, teknik elektro, kedokteran, energi, kimia, material, teknik sipil, dan masih banyak lagi.
Bagaimana fisika digunakan dalam bidang teknik?
Fisika, teori dan solusinya, digunakan di setiap bidang teknik. Fisika nuklir, misalnya, memiliki dampak besar pada dunia kedokteran dengan menyediakan teknik untuk memindai bagian dalam tubuh, memerangi kanker, dan mensterilkan objek.
Disadur dari: https://www.studysmarter.co.uk/