DINAMIKA, JENIS - JENIS GAYA

B.Jenis – jenis gaya

Ada empat jenis gaya yang biasa bekerja pada suatu benda, yaitu gaya berat, gaya normal, gaya gesekkan, dan gaya tegangan tali. Serta gaya – gaya yang menimbulkan gaya sentripetal yang menyebabkan benda bergerak melingkar.

1. Gaya Berat ( w )

Gaya yang ditimbulkan oleh adanya gaya gravitasi  dari planet (bumi). Jadi

kesimpulannya benda memiliki (gaya) berat yang berbeda – beda, tidak dengan

massa benda. Atau dengan kata lain massa benda selalu tetap dan  gaya berat 

benda selalu berubah – ubah. Dan arah dari gaya berat selalu menuju pusat

gravitasi ( ke bawah ).

Dimana :

Gambar gaya Berat :

2. Gaya Normal ( N )

Gaya normal muncul untuk mengimbangi gaya berat dan harus tegak lurus

bidangnya meskipun bidangnya miring.

3. Gaya Gesekan ( f_g )

Gaya interaksi antara bidang alas benda dengan bidang yang ditempati benda ( bisa berbentuk tanah,atau lantai, atau lainnya). Karena secara umum semua permukaan benda memiliki kontur permukaan yang tidak seratus persen mulus. Kecuali kaca datar atau permukaan es, yang sudah pasti licin sekali. Tingkat kekasaran kontur permukaan benda ini disebut koefisien gesekan (μ).

 

Koefisien gesekan benda akan terbagi sesuai dengan keadaan benda, misalnya benda dalam keadaan diam maka koefisiennya disebut koefisien gesek statis dan diberikan simbol (μ_s). Kemudian gaya interaksi alas benda dengan bidang yang ditempatinya disebut gaya gesek statis ( f_s ).

 

Untuk benda yang dalam keadaan bergerak, maka koefisiennya disebut dengan koefisien gesek kinetis dan diberi simbol ( μ_k ). Dan gaya interaksinya disebut dengan gaya gesek kinetis ( f_k ).

 

Besaran nilai koefisien gesekan berkisar 0 ≤ μ ≤ 1yang berarti nilai koefisien gesekkan tidak akan pernah bernilai 1 (satu). Akan tetapi dapat bernilai 0 (nol) dan disebutkan di dalam soal dengan kata “licin”.

 

Secara umum rumus gaya gesek, (f_g).

Dimana :

Kesimpulannya = besar gaya gesek ditentukan oleh nilai koefisien gesekan dan gaya Normalnya.

 

Dan untuk gaya gesek statis, f_s :

Gaya gesek kinetis, f_k :

Catatan tentang koefisien gesekan, umumnya nilai koefisien gaya gesek selalu lebih besar dari pada nilai koefisien gesek kinetis ( μ_s > μ_k ).

Dan saat benda bergerak oleh suatu gaya ke arah tertentu, maka arah gaya gesek selalu berlawanan arahnya dengan gaya tersebut.

4. Gaya Tegangan Tali ( T )

Tegangan tali ( T ) = merupakan gaya tegang yang bekerja pada ujung – ujung tali. Jika tali dianggap ringan (beratnya diabaikan), maka gaya tegangan dianggap sama besar.

5. Gaya Sentripetal

Suatu benda yang bergerak melingkar beraturan mengalami percepatan dengan arah tegak lurus terhadap vektor kecepatan menuju pusat lingkaran.

Dimana :

Dengan mengingat hubungan antara kecepatan sudut ω dengan kecepatan linier/tangensial v .

Dimana :

Dan jika dihubungkan dengan hukum II Newton, maka akan menjadi gaya sentripetal seperti rumus di bawah ini.

Arah percepatan senteripetal tegak lurus terhadap vektor kecepatan, yaitu menuju pusat lingkaran sehingga arah gaya sentripetaljuga tegak lurus terhadap vektor kecepatan, yaitu menuju pusat lingkaran. Asal gaya sentripetal datangnya sebagai resultan gaya.

Misalnya :

·  Tegangan tali

·  Gaya gravitasi

·  Dan lain sebagainya

Misal gaya tali di bawah ini

Bola bergerak dalam lintasan melingkar dan tidak meninggalkan lingkaran, itu berarti resultan gaya yang bekerja pada bola membuatnya setimbang pada lingkaran ΣF = 0.

Untuk kasus benda – benda luar angkasa :

Contoh 01 :

Sebuah bola bermassa 0,6 kg diikat pada bagian ujung seutas tali dengan panjang 1,5 meter.

Bila bola berputar dalam satu lingkaran horizontal seperti gambar berikut. Jika tali dapat menahan tegangan maksimum sebesar 40 N. Berapa kelajuan maksimum bola sebelum tali putus.

Pembahasan :

Kecepatan maksimum bola, berarti sebelum tali putus

Read More

DINAMIKA, HUKUM - HUKUM NEWTON

Penulis : Guru Fisika di SMP - SMA WR Supratman 2 Medan 

Read More

PERTEMUAN - 1 RELATIVITAS

Pertemuan - 1, materi yang disajikan lebih menitik beratkan pada Relativitas Newton. 

Daftar isi : 

1. Relativitas Newton 

2. Transformasi Galileo 

3. Soal Penghantar 

KOMPETENSI DASAR : 

1. Menjelaskan fenomena perubahan panjang, waktu, 

    dan massa dikaitkan dengan kerangka acuan dan 

    kesetaraan massa dengan energi dalam teori relativitas khusus

2. Mempresentasikan konsep relativitas tentang panjang, waktu, 

    dan massa dan kesetraan massa dengan energi.

    A.   Transfomasi dan Postulat Relativitas Khusus

1. Relativitas Newton

Misalkan anda sedang berada di atas kereta api yang sedang melaju dengan kelajuan 60 km/jam terhadap orang yang diam di tepi rel. Kemudian anda berjalan di atas kereta api dengan kelajuan 5 km/jam searah dengan gerak kereta api.

Pengamat 1 ( pengamat yang diam di atas kereta api )

Menyatakan kelajuan anda yang sedang berjalan di atas kereta api adalah 5 km/jam.

 

Pengamat 2 ( pengamat yang diam di tepi rel kereta api )

Menyatakan kelajuan anda yang sedang berjalan di atas kereta api sama dengan 65 km/jam.

 

Jadi terlihat untuk menentukan letak sebuah titik dalam ruang, kita memerlukan suatu sistem koordinat atau kerangka acuan. Seorang pengamat memerlukan suatu kerangka acuan dengan sistem koordinat ( x, y, z ). Jadi, kerangka acuan adalah suatu sistem koordinat, misalnya sistem koordinatnya  ( x, y, z) dimana seseorang pengamat melakukan pengamatan terhadap suatu kejadian.Menurut relativitas, kejadian – kejadian yang diamati dari kerangka acuan inersial, yaitu kerangka acuan dimana hukum Newton I ( hukum inersia ) berlaku. 

Hukum I Newton menyatakan bahwa jika pada suatu benda tidak bekerja gaya resultan ( ƩF = 0 ), maka benda akan selamanya diam atau selamanya bergerak dengan kecepatan konstan ( v = c ) pada garis lurus.

Galileo dan Newton mengemukakan prinsip relativitas Newton, yaitu hukum – hukum mekanika berlaku sama pada semua kerangka acuan inersial. 

 

Menurut pengamat yang diam di pinggir jalan, mobil truk yang sedang melintas di posisi A menuju posisi B, melintasi papan reklame. Berbeda dengan pengamat yang diam di dalam mobil truk, papan reklame ‘terkesan bergerak’ melintas mobil truk. Gambar mobil truk melintas di jalan raya menunjukkan gerak relatif.

2. Transformasi Galileo

Relativitas berhubungan dengan dua kerangka acuan yang saling bergerak dengan kecepatan konstan ( v = c ). Berikut penjelasan Transformasi Galileo, perhatikan dengan baik.

 

 

Mari kita tinjau kembali orang yang berjalan di dalam kereta api yang sedang bergerak meninggalkan stasiun kereta api.

 

Gambar 2 di atas menunjukan ada dua kerangka acuan yakni, kerangka acuan XYZ dengan titik asal O dan kerangka acuan bergerak X’Y’Z’ dengan titik asal O’bergerak dengan kecepatan konstan (tetap).

 

Kerangka acuan S ( X,Y,Z ) berhubungan dengan pengamat yang diam di stasiun kereta api. Dan kerangka acuaan S’ ( X’,Y’,Z’ ) berhubungan dengan pengamat yang berada di dalam kereta api yang sedang bergerak.

Saat awal ( t = t’ = 0 ) :

Kedua titik asal kerangka berimpit ( O = O’ ), menurut transformasi Galileo, kedua kerangka acuan mencatatkan waktu yang sama ( t = t’ ).

 

Saat bergerak ( ∆t = t ) :

Koordinat setiap benda pada kerangka acuan S’ dapat kita nyatakan dengan koordinat pada kerangka acuan S.

 

Koordinat y dan z dari benda tidak berubah karena kerangka acuan S’ hanya bergerak pada sumbu x dan tidak pada kedua sumbu lainnya. Sehingga :

 

 Dan Transformasi kebalikannya :

  

Untuk memperoleh transformasi Galileo untuk kecepatan, persamaan (3) harus kita turunkan terhadap waktu.

 

Dengan cara yang sama maka akan diperoleh transformasi Galileo untuk kecepatan.

Transformasi kebalikan : 

 

Keterangan :

Contoh 01 :

Sebuah mobil bak terbuka bergerak dengan kelajuan 15 m/s. Anto yang berada di dalam mobil tersebut melemparkan sebuah bola vertikal ke atas dengan kelajuan 6 m/s. Tuliskan fungsi kedudukan terhadap waktu bila bola diamati :

a)     Anto

b)    David yang diam di tepi jalan

 

Pembahasan :

Perhatikan kedudukan David, diam di tepi jalan sebagai kerangka acuan S tidak bergerak (diam) dan Anto sebagai kerangka acuan yang bergerak S’. Dengan demikian dapat kita sebut kerangka acuan S’ bergerak terhadap kerangka acuan S dengan kelajuan v = 15 m/s dalam arah sumbu x. Dan Bola bergerak terhadap Anto sebagai kerangka acuan S’ searah sumbu y dengan kecepatan awal v0 = 6 m/s dan percepatan a = - g = - 10  m/s^2 . Maka dengan menggunakan transformasi Galileo.

 

 

Bagian a) ( kerangka bergerak S’)

Gerak bola dalam kerangka acuan S’(Anto) hanyalah dalam arah vertikal (sumbu Y’), untuk sumbu X’ = 0 dan untuk sumbu Z’= 0. Maka untuk sumbu Y’ akan berlaku GLBB.

y' = v0y.t + 12gt^2

 

maka kedudukan pada sumbu y’ : 

y' = 6t + 12 (-10) t^2

y' = 6t - 5t^2

Sehingga menurut pengamat Anto kedudukan bola saat itu adalah :

x' = 0  ; y' = 6t - 5t^2  ; z' = 0

Bagian b ) 

(menurut pengamat diam di pinggir jalan atau kerangka S)

Anto sebagai kerangka acuan bergerak S’ dengan kecepatan 15 m/s dalam arah sumbu x terhadap kerangka acuan S (dalam hal ini David).

x = x' + vt

x = 0 + 15t

x = 15t

y' = 6t - 5t^2

z' = 0

 

Latihan 01 :

Yudi yang berada dalam kereta api yang sedang bergerak dengan kelajuan 30 m/s berpapasan dengan Erna yang sedang berdiri di veron stasiun pada saat t’= t = 0. Lima belas sekon setelah kereta itu lewat, Erna menyatakan jarak seekor burung yang terbang sepanjang rel dengan arah yang sama dengan arah kereta adalah 600 meter. Tentukan koordinat burung ini menurut Yudi.

 

Pembahasan :

 

ERNA, berada pada posisi kerangka acuan diam (  v = 0 )

YUDI, berada pada posisi kerangka acuan bergerak ( v = 30 m/s )

 

Posisi seekor burung menurut ERNA, x = 600 meter dan selanjutnya yang ditanyakan adalah posisi burung tersebut menurut kerangka acuan bergerak.

 

x' =x - vt

x' = 600 - 30t

x' = 600 - 30(15)

x' = 600 - 450

x' = 150 meter

 

Latihan 02 :

Sebuah mobil bak terbuka bergerak mendatar dengan kelajuan 10 m/s. Anang yang berada di dalam mobil melemparkan sebuah bola dengan kelajuan 5,0 m/s membentuk sudut 370 terhadap arah mendatar sumbu – x. Tuliskan fungsi kedudukan terhadap waktu bila bola diamati oleh :

a)     Anang

b)    Helen yang diam di pinggir jalan

 

Pembahasan :

 

Mobil truk bak terbuka di atasnya ada Anang merupakan

Kerangka acuan bergerak S’ adalah  Anang (mobil), v = 10 m/s

Kerangka acuan diam S adalah Helen, v = 0

Bola merupakan objek yang diamati, v = 5 m/s  dengan sudut 370 terhadap sumbu mendatar x (cos⁡ 37° = 0,8 dan sin⁡ 37° = 0,6 ). 

 

Bagian a)

Saat bola dilemparkan akan membentuk lintasan parabola, maka kita dapat meninjau masing – masing sumbu x dan sumbu y.

 

Kecepatan awal pada sumbu vertikal sama dengan nol

 

Bagian b)

Menurut Helen sebagai kerangka acuan S (pengamat yang diam di pinggir jalan)

Read More