bab 1
DESCRIPTION
Bab 1. Analisa Vektor. Notasi Vektor. Vektor A dapat dituliskan dalam bentuk komponen-komponen vektor satuan sebagai A = A x a x + A y a y + A z a z Dalam bentuk komponen-komponennya, magnituda vektor A didefinisikan sebagai |A| =A= - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Bab 1Bab 1
Analisa Vektor
Notasi Vektor
Vektor A dapat dituliskan dalam bentuk komponen-
komponen vektor satuan sebagai
A = Axax + Ayay + Azaz
Dalam bentuk komponen-komponennya, magnituda
vektor A didefinisikan sebagai
|A| =A=
Vektor satuan sepanjang arah A diberikan oleh
222 AzAyAx
'|| A
A
A
AaA
Vektor dapat dijumlahkan dan juga dikurangkan
Aljabar Vektor
A ± B = (Axax + Ayay + Azaz) ± (Bxax + Byay + Bzaz)
= (Ax±Bx)ax + (Ay ± By)ay + (Az ± Bz)azSifat-sifat asosiatif, distributif, dan komutatif berlaku
dalam aljabar vektor
C = A+B=B+A
×A + (B + C) = (A + B) + C×k(A + B) = kA + kB, (kl + k2)A = kIA + k2A×A+B = B+A
A+(B+C) = (A+B)+C
Komutatif
Assosiatif
B
Komutatif & Assosiatif
Contoh : C= A+B=B+AKomunikatif
Contoh : D = A+(B+C) = (A+B)+CAssosiatif
BA A
B
C
C
C
A
B+C
D=A+(B+C)
A+B
D=(A+B)+C
A
C
Hasil perkalian vektor dengan skalar adalah vektor
Besar perkalian vektor dengan skalar adalah kelipatan a (skalar) dari nilai vektor asli
Arah vektor yang dihasilkan adalah sama dengan arah vektor asal bila a > 0, dan berlawanan dengan arah vektor asal bila
Perkalian vektor dengan skalar memenuhi hukum distributif , yaitu a (A +B ) = aA +
aB
Perkalian Vektor dengan Skalar
Contoh :
B = aA a<0,B berlawanan A
B = aAa > 0,B searah A
A • B = AB cos (dibaca sebagai "A titik B")
Hasil perkalian titik atau dot product adalah besaran skalar
Perkalian titik adalah komutatif
Perkalian titik adalah distributif
Perkalian titik memenuhi perkalian skalar
A.(B+C) = A.B + A.C
cos. BABA
Perkalian Titik (Dot) Dua Vektor
A.B = B.A
A • kB = k(A •B)
cosBAC
A • B = AxBx + AyBy + AzBz
di mana adalah sudut antara A dan B yang lebih kecil. Dalam bentuk komponen, perkalian titik adalah sama dengan
Contoh :
Hasil perkalian silang atau cross product adalah besaran
vektor yang arah nya tegak lurus kedua vektor asal dengan
aturan tangan kanan.
Perkalian silang tidak memenuhi hukum komutatif
Perkalian silang adalah distributif
sinBAAXBC
sinBAAXBC
= sudut antara A dan B yang lebih kecil.an = Vektor satuan adalah normal terhadap bidang datar
A dan BHasil perkalian silang memenuhi aturan tangan kanan /
putaran skrup
Perkalian Silang Dua Buah Vektor
AX(B+C) = AXB + AXC
AXB = -BXA
Contoh :
Perluasan perkalian silang dalam bentuk komponen-
komponen vektor akan menghasilkan,
A x B = (Axax + Ayay + Azaz) x (Bxax + Byay + Bzaz)
= (AYBZ – AzBz)ax + (AzBx - AxBz)ay + (AxBy – AyBx)az
Jika A = 2ax + 4ay – 3aZ dan B = ax – ay, carilah A • B dan A x B !
Penyelesaian!
2)0)(3()1)(4()1)(2( BA
azayax
azayax
BA 633
011
342
Contoh :
• Koordinat cartesian tidak cukup !!!• Terdapat beberapa kasus yang akan lebih mudah
penyelesaiannya dengan menggunakan koordinat tabung dan bola
• Sebagai contoh, persoalan kabel yang menggunakan koordinat silindris dan persoalan antena yang memiliki penyelesaian menggunakan koordinat bola.
• Ilustrasi :• Titik P digambarkan dalam 3 buah koordinat• Koordinat cartesian = (x, y, z)• koordinat silindris = (r, , z )• koordinat bola = (r,,)
Sistem koordinat
Pendefinisian Variabel-Variabel Koordinat dalam Tiga Buah
Sistem Koordinat
Bentuk komponen dari sebuah vektor dalam ketiga sistem koordinat : A = Axax + Ayay + Azaz (Cartesian)A = Arar + Aa + Azaz (Silindris)A = Arar + Aa + Aa(Bola)
Z
Y
Xx
y
z
A (x, y, z)
Z
X
z
Yr
Z
X
z
Y
r
A (r, φ, z)A (r, , z) A (r, ,θ)
.
Bidang-bidang PermukaanNilai Konstan untuk
Tiga sistem Koordinat
Arah vektor satuan untuk tiga sistem koordinat
Masing-masing vektor satuan adalah normal terhadap bidang permukaan koordinatnya dan memiliki arah di mana koordinatnya bertambah.
Semua sistem merupakan sistem tangan kanan:ax x aY = aZ ar x a = az ar x a = a
Koordinat cartesian – koordinat silinder
Transformasi skalar antar sistem koordinat
vektor dalam Cartesian :
A = Axax + Ayay + Azaz
Dengan masing-masing komponen merupakan fungsi dari x, y dan z; vektor dalam
Silinder :
zazAaArarAA
Dengan masing-masing komponen merupakan fungsi dari r, θ dan z;
Untuk mendapatkan komponen sebuah vektor, kita ingat pada pembahasan perkalian titik yang menyatakan bahwa komponennya dapat dicari dengan mengambil perkalian titik
ar a az
ax. cos -sin 0
ay. sin cos 0
az. 0 0 1
Ar = (Axax + Ayay + Azaz) • ar
AΦ = (Axax + Ayay + Azaz)• aΦ
Az = (Axax + Ayay + Azaz) • az
Transformasi skalar antar sistem koordinat
Koordinat cartesian – koordinat bola
vektor dalam Cartesian :
A = Axax + Ayay + Azaz
Dengan masing-masing komponen merupakan fungsi dari x, y dan z; vektor dalam
Silinder :
aAaArarAA
Dengan masing-masing komponen merupakan fungsi dari r, θ dan z;
Dengan cara yang sama …
ar a az
ax.
Sin θ Cos Cos θ Cos -Sin
ay.
Cos θ Sin Cos
az.
Cos θ -Sin θ 0
Ar = (Axax + Ayay + Azaz) • ar
A = (Axax + Ayay + Azaz)• a
A θ = (Axax + Ayay + Azaz) • a θ
Sin θ sin
Diferensial volume pada tiga sistem koordinat
Sebagai contoh, dalam koordinat bola, elemen diferensial permukaan yang tegak terhadap ar adalah,
dS = (r d)(r sin d) = r2 sin dElemen diferensial garis, dl, adalah diagonal melalui P.Jadi,
dl2 = dx2 + dy2 + dz2 (Cartesian) d12 = dr2 + r2d2 + dz2 (Silindris)d12 = dr2 + r2d2 + r2 sin2 d2 (Bola)
Carilah vektor C yang memiliki arah dari M(x1, y1, z1) ke N(x2, y2, z2)!Berapakah magnituda dari vektor ini dan vektor satuan arahnya?
Penyelesaian :Koordinat-koordinat titik M dan N digunakan untuk menuliskan posisi dari kedua vektor A dan B pada Gambar 1-6.Selanjutnya.
C = B – A = (x2 – x1)ax + (y2 – y1)ay + (z2 – z1)az
Magnituda C adalah
Vektor satuannya adalah 212
212
212 )()()(|| zzyyxxCC
212
212
212
121212
)()()(
)()()(
zzyyxx
azzayyaxx
C
Ca zyxC
Soal-soal dan Penyelesaiannya
Soal 1
Hitunglah jarak antara (5,3/2,0) dan (5,/2,10) dalam koordinatsilindris!
Penyelesaian :Pertama carilah posisi Cartesian dari vektor A dan b
Panda gambar diperoleh :A = -5ay, B = 5ay + 10az
Soal 2
Selanjutnya, B – A = 10ay + 10az, dan jarak ekuivalen antara kedua titik
210|| AB
Diberikan A = (y – 1 )ax+2xay, carilah vektor pada (2,2,1) dan proyeksinya pada vektor B = 5ax – ay + 2az!
Penyelesaian :A = (2 – 1)ax + 2(2)ay = ax + 4ay. Seperti ditunjukkan pada Gambar, proyeksi sebuah vektor pada vektor kedua dapat diperoleh dengan menyatakan vektor satuan yang searah dengan vektor kedua serta mengambil perkalian titiknya.
Proyeksi A pada B = || B
BAaA B
A
BaB
Proyeksi A pada B
Jadi pada (2,2,1)Proyeksi A pada B =
30
1
)2()1()5(
)2)(0()1)(4()5)(1(
|| 222
B
BAaA B
Soal 3
Gunakanlah sistem koordinat bola untuk memperoleh luas area dari sebuah lembaran tipis pada selubung bola dengan jari-jari r = r ( Gambar 1-9). Berapakah luas area yang diperoleh jika = 0 dan = ?
Penyelesaian :Diferensial elemen permukaan adalah[ lihat Gambar diferensial volume pada tiga sistem koordinat Bola ] dS = r02 sin d d
Selanjutnya,
2
0
20
20 )cos(cos2sin rddrA
sehingga saat = 0 dan = , A = 4r02, yang merupakan luas permukaan bola.
Soal 4