fisikaonline

Melayani siapa saja untuk belajar fisika kapan saja dan dimana saja


Tuesday, January 19, 2016

Dinamika Rotasi Benda Tegar: materi, rumus, soal, penyelesaian soal serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari

Anda telah mempelajari dinamika partikel, dimana benda dianggap sebagai suatu titik materi (ukuran benda diabaikan), sehingga gaya-gaya yang bekerja pada benda hanya mungkin menyebabkan gerak translasi. Dalam Bab ini anda akan mempelajari dinamika rotasi dan keseimbangan benda tegar. Dalam benda tegar, ukuran benda tidak diabaikan, sehingga gaya-gaya yang bekerja pada benda dapat menyebabkan gerak translasi dan rotasi terhadap suatu poros. Pada gerak rotasi, benda bergerak berputar pada porosnya. Perhatikan gambar di atas. Komedi putar dikatakan melakukan gerak rotasi karena lintasannya berbentuk lingkaran dan ada sumbu sebagai pusatnya. Bagaimana dengan dinamika gerak rotasi tersebut?

Dinamika Rotasi Benda Tegar

Gerak rotasi benda dapat diamati dalam berbagai peristiwa di lingkungan kalian. Bola yang menggelinding, gerak engsel pada pintu, gerakan katrol, sekrup, dan roda merupakan contoh gerak rotasi benda. Sebagian besar gerak rotasi yang dialami benda tidak terjadi dengan sendirinya, tetapi ada sesuatu yang menyebabkan benda tersebut berotasi. Pada bab ini kalian akan mempelajari bagaimana sebuah benda dapat berotasi dan apa yang menyebabkannya.

1.1 Benda Tegar

dr 2
Perhatikan Gambar di atas! Ada dua buah batangan, benda A terbuat dari besi dan benda B terbuat dari adonan tepung yang agak lembek. Apabila kedua benda itu diputar dengan memegang salah satu ujungnya, kira-kira apakah yang akan terjadi? Benda A bentuknya relatif tetap, sedangkan benda B akan mengalami perubahan bentuk. Pada putaran dengan frekuensi tertentu benda B akan meregang dan tidak kembali pada bentuk semula. Jadi, dapat dinyatakan bahwa benda A adalah benda tegar dan benda B bukan benda tegar. Benda tegar adalah benda yang tidak mengalami perubahan bentuk akibat pengaruh gaya atau momen gaya.

Torsi

Apakah Torsi Itu?
Untuk melihat suatu benda diam menjadi bergerak translasi (lurus), anda perlu mengerjakan gaya pada benda itu. Analog dengan itu, untuk membuat suatu benda tegar berotasi (berputar) terhadap suatu poros tertentu, anda perlu mengerjakan torsi (dari bahasa latin torquere; memutar) pada suatu benda.Momen gaya atau torsi merupakan besaran yang mengakibatkan benda berotasi atau berputar. Besaran-besaran apakah yang berkaitan dengan torsi?
dr 3
Berdasarkan Gambar di atas, orang memberikan gaya kepada kunci sehingga kunci dapat memutar baut. Baut berfungsi sebagai sumbu rotasi, sedangkan perpanjangan garis gaya disebut garis kerja gaya. Jika gaya yang diberikan tangan (garis kerja gaya) tegak lurus terhadap lengan kunci, maka lengan kunci ini berfungsi sebagai lengan gaya. Namun, jika gaya yang diberikan tidak tegak lurus lengan kunci, maka lengan gaya merupakan jarak yang tegak lurus dari sumbu rotasi dengan garis kerja gaya.
dr 4
Sekarang coba perhatikan Gambar d atas! Untuk memutar baut, kedudukan tangan seperti gambar (c) lebih mudah dilakukan daripada kedudukan tangan pada gambar (b) dan (a). Sementara kedudukan tangan seperti gambar (b) lebih mudah dilakukan daripada seperti gambar (a). Gaya yang diperlukan untuk memutar baut pada kedudukan (c) lebih kecil dari gaya yang diperlukan pada gambar (b) atau (a). Berdasarkan fakta ini, besar gaya putar atau momen gaya tidak hanya ditentukan oleh besar gaya, tetapi juga panjang lengan gaya. Hubungan ketiga faktor ini, diberikan dengan persamaan berikut.
dr 5
Berdasarkan sifat perkalian silang dua vektor, besar momen gaya dapat dicari dengan rumus:
dr 6
Seperti halnya gaya F, torsi t juga termasuk vektor, yang memiliki besar dan arah. Bedanya, arah torsi hanya dua, searah atau berlawanan arah jarum jam. Kedua arah torsi ini cukup dibedakan dengan memberikan tanda positif atau negatif. Supaya konsisten dengan aturan matematika maupun aturan arah pada momentum sudut dan gaya Lorentz, penentuan arah positif untuk torsi mengikuti aturan putaran tangan kanan (Gambar berikut).
dr 7
dr 8

Momen Inersia Benda Diskrit (Partikel)

dr 9
Perhatikan gambar di atas! Dalam gerak melingkar, kecepatan linear dinyatakan dengan , dengan ω adalah kecepatan sudut. Oleh karena itu, besar energi kinetik rotasi partikel dapat dinyatakan sebagai berikut.

dr 10
Dari persamaan di atas, diperoleh nilai mr2 yang menyatakan momen inersia dari partikel yang bergerak melingkar. Momen inersia dilambangkan dengan I.
dr 11
Dengan demikian, momen inersia sebuah partikel sebanding dengan massa partikel dan kuadrat jarak antara partikel dan sumbu putarnya. Momen inersia merupakan besaran skalar yang memiliki satuan kgm2.

Benda yang terdiri atas susunan partikel (titik), jika melakukan gerak rotasi memiliki momen inersia sama dengan hasil jumlah dari momen inersia partikel penyusunnya.

dr 12

Momen Inersia Benda Tegar dengan massa terdistribusi kontinu

dr 13
Jika benda tegar memiliki distribusi massa yang kontinu, seperti silinder pejal atau pelat, kita perlu mengitung momen inersia dengan metode integrasi untuk menghitung penjumlahan.
Jika suatu benda tegar tidak dapat ditampilkan sebagai kumpulan partikel, melainkan merupakan distribusi massa yang kontinu, penjumlahan dengan tanda sigma (S) pada persamaan harus diganti dengan tanda integral (ò). Kita bayangkan membagi benda menjadi berbagai elemen massa kecil dm yang berjarak r dari poros rotasi (gambar 2.7), sehingga momen inersia I dapat dinyatakan oleh:
dr 14
Hasil-hasil metode integrasi untuk menentukan momen inersia berbagai benda ditunjukkan pada Tabel berikut.
dr 15
dr 16
dr 17
dr 18

Kaitan Torsi dengan Percepatan Sudut

Anda telah mengetahui bahwa gaya F menyebabkan suatu benda bergerak translasi dengan percepatan linear a. Anda juga mengetahui bahwa torsi t menyebabkan suatu benda berotasi terhadap suatu poros tertentu. Karena torsi t analog dengan gaya F dan percepatan sudut a analog dengan percepatan linear a, kita bertanya apakah torsi t berkaitan dengan percepatan sudut a dari gerak rotasi?
dr20
Sekarang kita akan menurunkan persamaan yang menghubungkan torsi dengan percepatan sudut. Gambar di atas menunjukkan sebuah partikel bermassa m yang sedang berotasi pada jarak r dari poros O. Sebuah gaya F yang tegak lurus pada lintasan partikel memberikan percepatan tangensial at sesuai dengan persamaan:
dr 21
Kita mengenal rF sebagai torsi gaya t yang dihasilkan oleh gaya F terhadap poros rotasi partikel dan mr2 sebagai momen inersia partikel I. Dengan demikian, persamaan tersebut dapat ditulis sebagai berikut.
dr 22
Rumus adalah hukum II Newton untuk benda yang bergerak rotasi, yang analog dengan F = m.a, hukum II Newton untuk benda yang bergerak translasi. Jadi, dalam gerak rotasi, torsi berperan seperti gaya pada gerak translasi.
dr 23

Hukum Kekekalan Momentum Sudut

dr 24
Pernahkan Anda menggulung benang layangan dengan kaleng bekas? Jika dua buah kaleng, yang satunya kecil dan yang satunya lagi besar, digunakan untuk menggulung benang, kaleng manakah yang akan menyebabkan putaran tangan kita lebih cepat jika panjang benang dan waktu yang digunakan untuk menggulung adalah sama? Hal ini dapat dijelaskan dengan konsep hukum kekekalan momentum.

Momentum Sudut

Anda telah mengenal besaran momentum linear yang dinyatakan oleh P = m.v. Pada gerak rotasi, yang analog dengan momentum linear adalah momentum sudut. Massa analog dengan momen inersia, kecepatan linear analog dengan kecepatan sudut, maka momentum sudut momentum sudut didefinisikan sebagai perkalian antara momen inersia dan kecepatan sudut. Secara matematis, ditulis sebagai berikut.
dr 25
dr 26
Momentum sudut merupakan besaran vektor karena memiliki besar dan arah. Arah momentum sudut dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar di atas. Arah putaran keempat jari menunjukkan arah rotasi, sedangkan ibu jari menunjukkan arah momentum sudut.
Jika lengan torsi terhadap poros r dan kecepatan linear v benda (benda dianggap partikel) diberikan, besar momentum sudut L dapat dihitung sebagai berikut.
dr 27

Formulasi Hukum Kekekalan Momentum Sudut pada Gerak Rotasi

Hukum kekekalan momentum linear menyatakan bahwa jika pada suatu sistem tidak bekerja resultan gaya luar ( ), momentum linear sistem adalah kekal (tetap besarnya). Pada gerak rotasi pun anda akan menjumpai hukum kekekalan momentum sudut. Jika momen gaya luar sama dengan nol, berlaku Hukum Kekekalan Momentum Sudut, yaitu momentum sudut awal akan sama besar dengan momentum sudut akhir. Secara matematis, pernyataan tersebut ditulis sebagai berikut.
dr 28

Hukum Kekekalan momentum sudut

“ jika tidak ada resultan momen gaya luar yang bekerja pada sistem ( ), momentum sudut sistem adalah kekal (tetap besarnya)”.

Dari persamaan hukum kekekalan momentum sudut, dapat dilihat bahwa apabila I bertambah besar, ω akan semakin kecil. Sebaliknya, apabila ω semakin besar maka I akan mengecil. Prinsip ini diaplikasikan oleh pemain ice skating dalam melakukan putaran. Saat akan memulai putaran badan, pemain ice skating merentangkan lengannya (momen inersia pemain akan semakin besar karena jarak lengan dengan badan bertambah). Kemudian, ia merapatkan kedua lengannya ke arah atas badannya agar momen inersianya mengecil (karena jarak lengan dengan badan mengecil) sehingga putaran badannya akan semakin cepat (kecepatan sudutnya membesar). Contoh lainnya adalah pada saat menggulung benang layangan dengan dua buah kaleng bekas yang berbeda diameternya. Untuk kaleng bekas yang diameternya lebih besar, maka jari-jarinya juga besar. Jari-jari yang besar akan memberikan momen inersia yang besar juga. Dengan momen inersia besar, menurut hukum kekekalan momentum sudut, akan menyebabkan kecepatan sudut kecil. Sebaliknya, kaleng bekas yang diameternya lebih kecil, maka jari-jarinya juga kecil. Jari-jari yang kecil akan memberikan momen inersia yang kecil juga. Dengan momen inersia kecil, menurut hukum kekekalan momentum sudut, akan menyebabkan kecepatan sudut membesar. Itu sebabnya, menggulung dengan kaleng bekas yang diameternya lebih kecil akan menyebabkan putaran tangan kita menjadi lebih cepat dibandingkan menggulung dengan kaleng bekas yang diameternya lebih besar.
dr 30

Keseimbangan Statis Sistem Partikel

Dalam sistem partikel, benda dianggap sebagai suatu titik materi. Semua gaya yang bekerja pada benda dianggap bekerja pada titik materi tersebut, sehingga gaya yang bekerja pada partikel hanya menyebabkan gerak translasi (tidak menyebabkan gerak rotasi). Oleh karena itu, syarat yang berlaku bagi keseimbangan sistem partikel hanyalah keseimbangan translasi.
dr 31
Anda telah mengetahui bahwa bisa berarti benda terus diam atau benda bergerak lurus beraturan. Nah, keseimbangan yang dimaksud dalam subbab ini adalah keseimbangan statis sitem partikel, yang berarti dan benda terus diam. Jika tetapi benda terus bergerak lurus beraturan, ini adalah keseimbangan kinetis.
Keseimbangan tiga gaya secara sederhana diuraikan dengan menggunakan aturan sinus dalam segitiga (Gambar berikut).
dr 32
dr 33

Keseimbangan Statis Benda Tegar

dr 34
Suatu benda tegar disebut seimbang statis jika benda tegar itu tidak bergerak translasi dan juga tidak bergerak rotasi (Perhatikan Gambar di atas). Apakah syarat dari keseimbangan statis benda tegar? Telah anda ketahui bahwa untuk sistem partikel, syarat keseimbangan statis cukup dan benda mula-mula diam. Apakah pada keseimbangan statis benda tegar juga hanya berlaku syarat ini?
Pada gambar di atas diilustrasikan bahwa walaupun , tetapi mistar masih bisa berotasi terhadap poros O. Rotasi ini terjadi karena torsi total terhadap poros O tidak nol ( ). Supaya mistar tidak berotasi, maka resultan torsi pada titik apa saja yang diambil sebagai poros haruslah nol ( ). Akhirnya, dapatlah kita nyatakan syarat keseimbangan statis benda tegar sebagai berikut.
Suatu benda tegar berada dalam keseimbangan statis bila mula-mula benda dalam keadaan diam dan resultan gaya pada benda sama dengan nol, serta torsi terhadap titik sembarang yang dipilih sebagai poros sama dengan nol.
Secara matematis, syarat keseimbangan statis benda tegar yang terletak pada suatu bidang datar (misal bidang XY) dinyatakan sebagai berikut:
dr 35
Beberapa contoh aplikasi keseimbangan statis benda tegar dalam kehidupan sehari-hari.

Pemain akrobat berjalan di atas tali.
dr 47
Perhatikan Gambar di atas! Pemain akrobat berjalan di atas tali dengan membawa tongkat yang panjang. Pemain ini memegang tongkat tepat di tengah-tengah. Akibatnya, gaya berat tongkat pada setiap sisi sama besar. Gaya ini menimbulkan momen gaya pada sumbu putar (tubuh pemain akrobat) sama besar dengan arah berlawanan, sehingga terjadi keseimbangan rotasi. Ini menyebabkan pemain lebih mudah berjalan di atas tali.

Petani memikul dua buah keranjang yang dihubungkan dengan sebuah bambu.
dr 36
Perhatikan Gambar di atas! Petani memegang bambu tepat di tengah-tengah. Akibatnya, gaya berat bambu pada setiap sisi sama besar. Gaya ini menimbulkan momen gaya pada sumbu putar (tubuh petani) sama besar dengan arah berlawanan, sehingga terjadi keseimbangan rotasi. Ini menyebabkan petani lebih mudah membawa kedua keranjangnya.
Contoh

dr 46
Pada gambar di atas tampak dua orang anak sedang bermain jungkat-jungkit. Massa anak yang putri adalah 25 kg, sedangkan massa anak yang putra adalah 50 kg. Anak putri berada 3 m dari pusat rotasi jungkat-jungkit, sedangkan anak yang putra berada 1,5 m dari pusat rotasi jungkat-jungkit. Tentukan apakah kedua anak tersebut dalam keadaan seimbang atau tidak! (g = 10 m/s2)
Diketahui:
mp = 25 kg
rp = 3 m
mL = 50 kg
rL = 1,5 m
Ditanyakan: apakah kedua anak dalam keadaan seimbang?
dr 37
dr 38 dr 39

Titik Berat

dr 40
Perhatikan gambar di atas! Dengan menumpukan tangannya pada tengah-tengah tempat banten, seorang gadis bali membawa banten tersebut sambil berjalan ke suatu tempat dengan tidak jatuh. Hal ini dapat dijelaskan dengan baik dengan memahami konsep titik berat.
Apakah Titik Berat Itu?
Setiap partikel dalam suatu benda tegar memiliki berat. Berat keseluruhan benda adalah resultan dari semua gaya gravitasi berarah vertikal ke bawah dari semua partikel ini, dan resultan ini bekerja melalui suatu titik tunggal, yang disebut titik berat (atau pusat gravitasi).
Kita juga dapat menyatakan titik berat sebagai suatu titik dimana resultan gaya gravitasi partikel-partikel terkonsentrasi pada titik ini. Karena itu, resultan torsi dari gaya gravitasi partikel-partikel pada titik beratnya haruslah nol. Buktinya sangat mudah, tumpulah benda tegar pada titik beratnya, maka benda berada dalam kondisi keseimbangan statis dan tidak akan jatuh.
Bagaimana Menentukan Letak Titik Berat?
Menentukan letak titik berat benda homogen yang memiliki sumbu simetri seperti mistar kayu sangatlah mudah. Sumbu simetri dari mistar kayu tepat melalui titik tengah mistar. Ini berarti titik berat mistar kayu ada di titik tengah mistar. Karena itulah mistar seimbang ketika ditumpu oleh jari telunjuk anda tepat di titik tengah mistar.

Titik berat dari berbagai benda homogen yang bentuknya teratur (memiliki sumbu simetri) terletak pada perpotongan diagonalnya (Lihat Tabel berikut).
dr 41
Titik berat benda gabungan dari benda-benda teratur bentuknya dapat dicari dengan rumus berikut.
dr 42
dr 43 dr 44
Jenis-jenis Keseimbangan
dr 45
Ada tiga jenis keseimbangan, yaitu keseimbangan stabil, keseimbangan labil, dan keseimbangan netral. Keseimbangan stabil adalah keseimbangan yang dialami benda dimana sesaat setelah gangguan kecil dihilangkan, benda akan kembali ke kedudukan keseimbangannya semula (Gambar a). Keseimbangan labil adalah keseimbangan yang dialami benda dimana setelah gangguan kecil dihilangkan, benda tidak akan kembali ke kedudukannya semula, bahkan gangguan tersebut makin meningkat (Gambar b). Keseimbangan netral (atau indiferen) adalah keseimbangan di mana gangguan kecil yang diberikan tidak akan mempengaruhi keseimbangan benda (Gambar c).

----------------------------------------------------------fisika online--------------------------------------
22 materi fisika beserta rumus, soal, penyelesaian soal berikut ini dapat Anda pelajari dengan mengklik salah satu materi yang ingin dipelajari.

Dinamika Gerak Lurus: materi, rumus, soal, penyelesaian soal serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari

Sahabat fisioner, pada materi kinematika gerak lurus kita telah membahas gerak benda yang dinyatakan dalam kecepatan dan percepatan (tanpa memperhatikan penyebab terjadinya gerak tersebut). Sekarang yang menjadi pertanyaan, mengapa benda-benda dapat bergerak? Apa yang membuat benda yang pada mulanya diam mulai bergerak? Apa yang mempercepat atau memperlambat benda? Kita dapat menjawab setiap pertanyaan tersebut dengan mengatakan bahwa untuk melakukan itu semua diperlukan sebuah gaya. Pada materi ini, sahabat fisioner akan menyelidiki hubungan antara gaya dan gerak. Sebelum sahabat fisioner mempelajari tentang dinamika ini, pertama kita akan membahas konsep gaya secara kualitatif.

Pengertian Gaya

Gaya adalah suatu tarikan atau dorongan yang dapat menimbulkan perubahan gerak. Dengan demikian jika benda ditarik/didorong maka pada benda bekerja gaya dan keadaan gerak benda dapat berubah. Gaya adalah penyebab gerak. Gaya termasuk besaran vektor, karena gaya mempunyai besar dan arahnya. Ketika seseorang mendorong mobil yang mogok, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, orang tersebut memberikan gaya pada mobil itu. Pada olah raga bulu tangkis, sebuah gaya diberikan atlet pada bola sehingga menyebabkan bola berubah arah gerak. Ketika sebuah mesin mengangkat lift, atau martil memukul paku, atau angin meniup daun-daun pada sebuah pohon, berarti sebuah gaya sedang diberikan. Kita katakan bahwa sebuah benda jatuh karena gaya gravitasi. Jadi, gaya dapat menyebabkan perubahan pada benda, yaitu perubahan bentuk, sifat gerak benda, kecepatan, dan arah gerak benda. Di sisi lain, gaya tidak selalu menyebabkan gerak. Sebagai contoh, jika kalian mendorong tembok dengan sekuat tenaga, tetapi tembok tetap tidak bergerak. Sebuah gaya memiliki nilai dan arah, sehingga merupakan vektor yang mengikuti aturan-aturan penjumlahan vektor yang telah dibahas pada materi sebelumnya. Untuk mengukur besar atau kekuatan gaya, dapat dilakukan dengan menggunakan neraca pegas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar berikut.
neraca pegas

Jenis-Jenis Gaya

jenis-jenis-gayaa
Gaya merupakan dorongan atau tarikan yang akan mempercepat atau memperlambat gerak suatu benda. Pada kehidupan sehari-hari gaya yang Anda kenal biasanya adalah gaya langsung. Artinya, sesuatu yang memberi gaya berhubungan langsung dengan yang dikenai gaya. Selain gaya langsung, juga ada gaya tak langsung. Gaya tak langsung merupakan gaya yang bekerja di antara dua benda tetapi kedua benda tersebut tidak bersentuhan. Contoh gaya tak langsung adalah gaya gravitasi. Pada subbab ini Anda akan mempelajari beberapa jenis gaya, antara lain, gaya berat, gaya normal, dan gaya gesekan.
1. Gaya Berat
Pada kehidupan sehari-hari, banyak orang yang salah mengartikan antara massa dengan berat. Misalnya, orang mengatakan “Doni memiliki berat 65 kg”. Pernyataan orang tersebut keliru karena sebenarnya yang dikatakan orang tersebut adalah massa Doni. Anda harus dapat membedakan antara massa dan berat. Massa merupakan ukuran banyaknya materi yang dikandung oleh suatu benda. Massa (m) suatu benda besarnya selalu tetap dimanapun benda tersebut berada, satuannya kg. Berat (w) merupakan gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda. Satuan berat adalah Newton (N). Hubungan antara massa dan berat dijelaskan dalam hukum II Newton. Misalnya, sebuah benda yang bermassa m dilepaskan dari ketinggian tertentu, maka benda tersebut akan jatuh ke bumi. Jika gaya hambatan udara diabaikan, maka gaya yang bekerja pada benda tersebut hanyalah gaya gravitasi (gaya berat benda). Benda tersebut akan mengalami gerak jatuh bebas dengan percepatan ke bawah sama dengan percepatan gravitasi. Jadi, gaya berat (w) yang dialami benda besarnya sama dengan perkalian antara massa (m) benda tersebut dengan percepatan gravitasi (g) di tempat itu. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
w = m . g
Keterangan :
w : gaya berat (N)
m : massa benda (kg)
g : percepatan gravitasi (ms-2)
2. Gaya Normal
Anda ketahui bahwa benda yang dilepaskan pada ketinggian tertentu akan jatuh bebas. Bagaimana jika benda tersebut di letakkan di atas meja, buku misalnya? Mengapa buku tersebut tidak jatuh? Gaya apa yang menahan buku tidak jatuh? Gaya yang menahan buku agar tidak jatuh adalah gaya tekan meja pada buku. Gaya ini ada karena permukaan buku bersentuhan dengan permukaan meja dan sering disebut gaya normal. Gaya normal (N) adalah gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan antara dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Jadi, pada buku terdapat dua gaya yang bekerja, yaitu gaya normal (N) yang berasal dari meja dan gaya berat (w). Kedua gaya tersebut besarnya sama tetapi berlawanan arah, sehingga membentuk keseimbangan pada buku. Ingat, gaya normal selalu tegak lurus arahnya dengan bidang sentuh. Jika bidang sentuh antara dua benda adalah horizontal, maka arah gaya normalnya adalah vertikal. Jika bidang sentuhnya vertikal, maka arah gaya normalnya adalah horizontal. Jika bidang sentuhya miring, maka gaya normalnya juga akan miring. Perhatikan Gambar di atas.
3. Gaya Gesekan
Jika Anda mendorong sebuah almari besar dengan gaya kecil, maka almari tersebut dapat dipastikan tidak akan bergerak (bergeser). Jika Anda mengelindingkan sebuah bola di lapangan rumput, maka setelah menempuh jarak tertentu bola tersebut pasti berhenti. Mengapa hal-hal tersebut dapat terjadi? Apa yang menyebabkan almari sulit di gerakkan dan bola berhenti setelah menempuh jarak tertentu? Gaya yang melawan gaya yang Anda berikan ke almari atau gaya yang menghentikan gerak bola adalah gaya gesek. Gaya gesek adalah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Untuk benda yang bergerak di udara, gaya geseknya bergantung pada luas permukaan benda yang bersentuhan dengan udara. Makin besar luas bidang sentuh, makin besar gaya gesek udara pada benda tersebut sedangkan untuk benda padat yang bergerak di atas benda padat, gaya geseknya tidak tergantung luas bidang sentuhnya. Gaya gesekan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetis. Gaya gesek statis (fs) adalah gaya gesek yang bekerja pada benda selama benda tersebut masih diam. Menurut hukum I Newton, selama benda masih diam berarti resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah nol. Jadi, selama benda masih diam gaya gesek statis selalu sama dengan yang bekerja pada benda tersebut. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
fs = Ms.N
dengan
fs   = gaya gesekan statis maksimum (N)
Ms = koefisien gesekan statis
N=gaya normal

Gaya gesek kinetis (fk) adalah gaya gesek yang bekerja pada saat benda dalam keadaan bergerak. Gaya ini termasuk gaya dissipatif, yaitu gaya dengan usaha yang dilakukan akan berubah menjadi kalor. Perbandingan antara gaya gesekan kinetis dengan gaya normal disebut koefisien gaya gesekan kinetis (ms). Secara matematis dapat di tulis sebagai berikut.
fk = Mk.N
dengan
fk = gaya gesekan kinetis (N)
Mk= koefisien gesekan kinetis
N = gaya normal

HUKUM NEWTON

newton
Benda yang diam akan bergerak jika terkena gaya. Hal ini dipelajari oleh Sir Isaac Newton (1642 - 1727) yaitu seorang ilmuwan dari Inggris (Lihat Gambar diatas). Hasil pengamatan Newton menghasilkan ketentuan yang dikenal dengan hukum Newton.

Hukum I Newton


Pernahkan sahabat fisioner menumpang bis? Saat bis tiba-tiba berhenti maka tubuh kita akan terdorong ke depan. Gerakan tubuh kita melawan arah penghentian bis menunjukkan bahwa tubuh cenderung ingin terus bergerak. Sedangkan saat kita naik bis dan bis tiba-tiba bergerak, biasanya kita akan terdorong ke arah belakang dari tempat duduk kita. Gerakan tubuh berlawanan dengan pergerakan bis menunjukkan bahwa tubuh kita cenderung untuk diam. Fenomena seperti ini dikenal dengan istilah kelembaman. Kelembaman dari suatu benda dinyatakan oleh Newton dalam pernyataannya yang dikenal dengan Hukum I Newton.
Hukum I Newton berbunyi :
"Suatu benda yang diam akan tetap diam, dan suatu benda yang sedang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap/konstan pada lintasan lurus kecuali jika ada gaya luar yang bekerja terhadap benda tersebut"
Prinsip inilah yang menyebabkan kamu terdorong ke depan ketika bus tiba-tiba direm atau terdorong ke belakang ketika bus bergerak maju secara mendadak. Keadaan tersebut berhubungan dengan sifat kelembaman dirimu. Oleh sebab itu, Hukum I Newton dikenal dengan hukum kelembaman. Dari hukum tersebut dapat diperoleh bahwa apabila gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol (F = 0), maka :
1. benda diam akan tetap diam.
2. benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan pada lintasan lurus.
Hukum I Newton ini diaplikasikan oleh pesulap dalam permainan trik sulap menarik taplak meja yang diatasnya berisi sejumlah makanan. Pesulap mengupayakan menarik taplak meja dengan sangat cepat sehingga makanan yang ada di atas taplak meja tidak ikut tertarik. Hal ini dapat terjadi karena makanan yang ada di atas taplak meja cenderung untuk mempertahankan keadaan diamnya. Hal ini sesuai dengan hukum I Newton bahwa benda yang diam cenderung untuk mempertahankan keadaan diamnya.

Hukum II Newton

Pengaruh Gaya terhadap Percepatan
Bagaimanakah akibatnya pada suatu benda apabila resultan gaya yang bekerja padanya tidak sama dengan nol? Tentu hanya ada satu kemungkinan, benda pasti akan bergerak. Apabila resultan gaya yang bekerja pada benda tidak sama dengan nol tetapi konstan, benda akan bergerak lurus berubah beraturan. Benda yang bergerak lurus berubah beraturan kecepatannya berubah secara beraturan sehingga mengalami percepatan yang tetap. Ketika kamu mendorong mobil seorang diri, tentu mobil tersebut bergerak lambat. Beda halnya ketika kamu bersama teman-temanmu mendorongnya, mobil tersebut lebih mudah lagi bergerak. Hal ini terjadi karena gaya yang diberikan terhadap mobil olehmu sendiri lebih kecil dibandingkan ketika kamu dibantu teman-temanmu. Semakin besar resultan gaya yang bekerja pada suatu benda, percepatannya akan semakin besar. Besarnya percepatan suatu benda sebanding dengan resultan gayanya. Apabila percepatan disimbolkan dengan a dan resultan gaya disimbolkan dengan ∑F, dapat dituliskan
Pengaruh Massa terhadap Percepatan
Suatu benda memiliki sifat kelembaman yang selanjutnya disebut massa kelembaman. Massa kelembaman ini sangat memengaruhi percepatan gerak suatu benda. Jika dibandingkan dengan mendorong sebuah mobil, mendorong sebuah sepeda motor akan lebih mudah. Sepeda motor akan lebih cepat gerakannya dibandingkan dengan mobil ketika kita dorong sendirian. Untuk resultan gaya tetap yang bekerja pada suatu benda dengan massa semakin besar, semakin kecil percepatan yang terjadi. Hal ini membuktikan bahwa percepatan benda berbanding terbalik dengan massa benda. Apabila massa kelembaman benda disimbolkan dengan m, diperoleh hubungan percepatan dan massa sebagai berikut.
Gejala-gejala tersebut telah dipelajari sebelumnya oleh Newton sehingga menghasilkan Hukum II Newton.
Hukum II Newton berbunyi:
“Jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda tidak sama dengan nol, benda akan bergerak dengan percepatan yang besarnya sebanding dengan resultan gayanya dan berbanding terbalik dengan massa kelembamannya”

Contoh Soal

Sebuah benda dengan massa 2 kg dikenai gaya 20 N sehingga benda tersebut bergerak. Tentukanlah besar percepatan yang dialami benda tersebut!

Penyelesaian

Diketahui:

m = 2 kg

F = 20 N

Ditanyakan: a = …?

Jawab:
Jadi besarnya percepatan yang dialami benda tersebut adalah 10 m/s2.

Hukum III Newton


Apabila kamu memiliki sepatu roda, coba pakailah sepatu roda Anda. Kemudian ikatkan sebuah tali pada dinding, lalu tariklah tali tersebut. Apakah yang terjadi? Apabila kamu tarik dinding melalui tali, ternyata kamu tertarik oleh dinding, seolah-olah ada gaya yang menarikmu ke dinding sebagai reaksi dari gaya tarik yang kamu berikan. Kegiatan tersebut menunjukkan bahwa apabila kamu memberikan gaya aksi pada suatu benda, ternyata benda tersebut akan mengadakan gaya reaksi yang arahnya berlawanan. Adanya gaya aksi dan reaksi yang saling berlawanan saat suatu gaya bekerja pada benda dinyatakan oleh Newton dalam Hukum III Newton.
Hukum III Newton berbunyi:
"Apabila sebuah benda mengerjakan gaya (gaya aksi) kepada benda yang lain, benda kedua akan mengerjakan gaya (gaya reaksi) pada benda pertama yang besarnya sama dan arahnya berlawanan"
Secara matematis hukum III Newton dapat dirumuskan sebagai :
Faksi = - Freaksi
tanda ( - ) menunjukkan arah gaya yang berlawanan.

Aplikasi hukum III Newton ini terlihat dengan jelas pada tank yang menembakkan senjatanya (Lihat gambar di atas). Ketika peluru terdorong keluar tank, laras tank akan terdorong ke belakang. Hal tersebut terjadi karena adanya gaya reaksi yang dialami oleh peluru dan laras tank.

----------------------------------------------------------fisika online--------------------------------------
22 materi fisika beserta rumus, soal, penyelesaian soal berikut ini dapat Anda pelajari dengan mengklik salah satu materi yang ingin dipelajari.

Subscribe to: Posts (Atom)