Dinamika Partikel
Dinamika
adalah ilmu yang mempelajari tentang gerak beserta pentebab terjadinya gerak
yaitu gaya. Perumusan tentang penyebab gerak benda diberikan oleh Isaac Newton.
Newton menemukan bahwa semua persoalan gerak di alam semesta dapat diterangkan
dengan hanya 3 hukum yang sederhana.
A.
HUKUM 1 NEWTON
Mungkin
anda pernah mendorong mobil mainan yang diam, jika dorongan anda lemah mungkin
mobil mainan belum bergerak, jika gaya dorong diperbesar mobil bergerak atau
jika anda naik sepeda meluncur di jalan raya,
jika sepeda direm, sepeda berhenti.Berdasarkan uraian di atas, apakah sebenarnya yang membuat mobil
mainan yang mula-mula diam menjadi bergerak, dan sepeda yang mula-mula bergerak menjadi diam?
jika sepeda direm, sepeda berhenti.Berdasarkan uraian di atas, apakah sebenarnya yang membuat mobil
mainan yang mula-mula diam menjadi bergerak, dan sepeda yang mula-mula bergerak menjadi diam?
Agar
mobil bergerak dan sepeda berhenti diperlukan energi (tenaga). Energi untuk
mendorong mobil dan menghentikan sepeda dikerjakan, pada benda dengan suatu
alat tertentu. Saat mendorong mobil Anda memakai tangan dan saat mengerem karet
rem menyentuh roda sepeda hingga berhenti.Saat tangan menyentuh mobil dan karet
rem menyentuh roda, maka tangan dan karet memberikan gaya tekan yang
mempengaruhi benda.
Jadi,
yang menyebabkan sebuah benda bergerak atau berhenti adalah energi. Energi
diperlukan untuk mengerjakan gaya pada benda. Kemudian gaya akan mempengaruhi
gerakan benda. Penyebab benda bergerak ialah energi. Gaya hanya akan
mempengaruhi gerak benda.
Ada
beberapa pengaruh gaya pada benda bila gaya bekerja pada suatu benda maka:
1.Gaya akan mengubah kecepatan benda dari diam menjadi bergerak, dari bergerak lalu berhenti. Contoh : Mobil mogok didorong hingga bergerak
1.Gaya akan mengubah kecepatan benda dari diam menjadi bergerak, dari bergerak lalu berhenti. Contoh : Mobil mogok didorong hingga bergerak
2.Gaya
dapat mengubah arah gerak benda. Contoh : Bola ditendang dari sisi gawang lalu
disundul ke arah gawang.
3.
Gaya juga dapat mengubah bentuk benda. Jika Anda memiliki balon, tiup dan
ikatlah balon, sehingga balon tetap menggembung. Apa yang terjadi jika balon
tadi kita tekan perlahan dengan tangan? Pasti Anda akan mendapatkan balon agak
kempes, atau bentuk balon berubah. Perubahan bentuk balon karena pengaruh gaya
tekan. Gaya dapat mempengaruhi ukuran sebuah benda, karet jika ditarik akan
bertambah panjang, sedangkan pegas jika ditekan akan bertambah pendek. Jadi,
yang menyebabkan sebuah benda bergerak atau berhenti adalah energi. Energi
diperlukan untuk mengerjakan gaya pada benda. Kemudian gaya akan mempengaruhi
gerakan benda. Penyebab benda bergerak
ialah energi. Gaya hanya akan mempengaruhi gerak benda.
Selanjutnya,
coba Anda bayangkan seandainya Anda meletakkan gelas yang diam di atas meja
datar, amati beberapa saat, apakah gelas tetap diam atau menjadi bergerak? Anda
akan mendapatkan bahwa gelas tetap diam, karena tidak ada gaya yang bekerja
pada gelas.
Dari
uraian di atas dapat disimpulkan bahwa benda yang diam cenderung untuk diam,
benda yang bergerak cenderung untuk tetap bergerak. Hal ini disebut sifat
kelembaman benda.
Seorang
ahli fisika dari Inggris bernama Newton, merumuskan peristiwa-peristiwa seperti
di atas, dan selanjutnya disebut dengan Hukum I Newton,yang berbunyi:
"Suatu
benda akan tetap diam atau tetap bergerak lurus beraturan jika jumlah seluruh
gaya pada benda sama dengan nol".
Hukum
di atas dituliskan: ΣF= 0N
ewt o n
2.HUKUM 2 NEWTON
Bagaimana
hubungan antara Percepatan dan Gaya ? Pernahkah anda mendorong sesuatu ? mungkin
motor yang mogok atau gerobak sampah jika belum pernah mendorong sesuatu seumur
hidup anda,gurumuda menyarankan agar sebaiknya anda berlatih mendorong. Tapi
jangan mendorong mobil orang lain yang sedang diparkir, apalagi mendorong teman
anda hingga jatuh. Ok, kembali ke dorong…
Bayangkanlah
anda mendorong sebuah gerobak sampah yang bau-nya menyengat. Usahakan sampai
gerobak tersebut bergerak. Nah, ketika gerobak bergerak, kita dapat mengatakan
bahwa terdapat gaya total yang bekerja pada gerobak itu. Silahkan dorong
gerobak sampah itu dengan gaya tetap selama 30 detik. Ketika anda mendorong
gerobak tersebut dengan gaya tetap selama 30 menit, tampak bahwa gerobak yang
tadinya diam, sekarang bergerak dengan laju tertentu, anggap saja 4 km/jam.
Sekarang,
doronglah gerobak tersebut dengan gaya dua kali lebih besar (gerobaknya didiamin dulu). Apa yang anda amati ? wah, gawat kalau belajar sambil ngelamun… Jika anda mendorong gerobak sampah dengan gaya dua kali lipat, maka gerobak tersebut bergerak dengan laju 4 km/jam dua kali lebih
cepat dibandingkan sebelumnya. Percepatan gerak gerobak dua kali lebih besar. Apabila anda mendorong gerobak dengan gaya lima kali lebih besar, maka percepatan gerobak juga bertambah lima kali lipat. Demikian seterusnya. Kita bisa menyimpulkan bahwa percepatan berbanding lurus
dengan gaya total yang bekerja pada benda. Seandainya percobaan mendorong gerobak sampah diulangi. Percobaan pertama, kita menggunakan gerobak yang terbuat dari kayu, sedangkan percobaan kedua kita menggunakan gerobak yang terbuat dari besi dan lebih berat. Jika anda mendorong gerobak besi dengan gaya dua kali lipat, apakah gerobak tersebut bergerak dengan laju 4 km/jam dua kali lebih cepat
dibandingkan gerobak sebelumnya yang terbuat dari kayu ? Tentu saja tidak karena percepatan juga bergantung pada massa benda. Anda dapat membuktikannya sendiri dengan melakukan percobaan di atas.
Jika anda mendorong gerobak sampah yang terbuat dari sampah dengan gaya yang sama ketika anda mendorong gerobak yang terbuat dari kayu, maka akan terlihat bahwa percepatan gerobak besi lebih kecil. Apabila gaya total yang bekerja pada benda tersebut sama, maka makin besar massa
benda, makin kecil percepatannya, sebaliknya makin kecil massa benda
makin besar percepatannya.Hubungan ini dikemas oleh eyang Newton dalam Hukum-nya yang laris manis di sekolah, yakni Hukum II Newton tentang Gerak :
doronglah gerobak tersebut dengan gaya dua kali lebih besar (gerobaknya didiamin dulu). Apa yang anda amati ? wah, gawat kalau belajar sambil ngelamun… Jika anda mendorong gerobak sampah dengan gaya dua kali lipat, maka gerobak tersebut bergerak dengan laju 4 km/jam dua kali lebih
cepat dibandingkan sebelumnya. Percepatan gerak gerobak dua kali lebih besar. Apabila anda mendorong gerobak dengan gaya lima kali lebih besar, maka percepatan gerobak juga bertambah lima kali lipat. Demikian seterusnya. Kita bisa menyimpulkan bahwa percepatan berbanding lurus
dengan gaya total yang bekerja pada benda. Seandainya percobaan mendorong gerobak sampah diulangi. Percobaan pertama, kita menggunakan gerobak yang terbuat dari kayu, sedangkan percobaan kedua kita menggunakan gerobak yang terbuat dari besi dan lebih berat. Jika anda mendorong gerobak besi dengan gaya dua kali lipat, apakah gerobak tersebut bergerak dengan laju 4 km/jam dua kali lebih cepat
dibandingkan gerobak sebelumnya yang terbuat dari kayu ? Tentu saja tidak karena percepatan juga bergantung pada massa benda. Anda dapat membuktikannya sendiri dengan melakukan percobaan di atas.
Jika anda mendorong gerobak sampah yang terbuat dari sampah dengan gaya yang sama ketika anda mendorong gerobak yang terbuat dari kayu, maka akan terlihat bahwa percepatan gerobak besi lebih kecil. Apabila gaya total yang bekerja pada benda tersebut sama, maka makin besar massa
benda, makin kecil percepatannya, sebaliknya makin kecil massa benda
makin besar percepatannya.Hubungan ini dikemas oleh eyang Newton dalam Hukum-nya yang laris manis di sekolah, yakni Hukum II Newton tentang Gerak :
"Jika
suatu gaya total bekerja pada benda, maka benda akan mengalami percepatan, di
mana arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya. Vektor
gaya total sama dengan massa benda dikalikan dengan percepatan benda".
Secara
matematis dapat dirumuskan : ΣF
= m.a
m
adalah massa benda dan a adalah (vektor) percepatannya. Jika
persamaan di atas ditulis dalam bentuk a = F/m, tampak bahwa percepatan
sebuah benda berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja padanya
dan arahnya sejajar dengan gaya tersebut. Tampak juga bahwa percepatan
berbanding terbalik dengan massa benda.
persamaan di atas ditulis dalam bentuk a = F/m, tampak bahwa percepatan
sebuah benda berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja padanya
dan arahnya sejajar dengan gaya tersebut. Tampak juga bahwa percepatan
berbanding terbalik dengan massa benda.
Contoh
soal 1 :
Berapakah gaya total yang dibutuhkan untuk memberi percepatan sebesar
10 m/s2 kepada mobil yang bermassa 2000 kg ?
Berapakah gaya total yang dibutuhkan untuk memberi percepatan sebesar
10 m/s2 kepada mobil yang bermassa 2000 kg ?
jAWABAN
:
Dik
: m = 2000 KG
a = 10 m/s2
Dit : F =...?
a = 10 m/s2
Dit : F =...?
Jawab
: F = m a
F = 2000 kg x 10 m/s2
F = 20.000 N
F = 2000 kg x 10 m/s2
F = 20.000 N
Hukum 3 Newton
Pernahkah
anda menendang batu ? belum… pernahkah dirimu menendang dirinya ? Pernakah anda
menendang atau memukul alias meninju sesuatu ? jika pernah, apa yang anda
rasakan ? sakit… bisakah dirimu menjelaskan mengapa tangan atau kaki terasa
sakit ? Apabila anda tidak bisa menjelaskannya, pelajarilah Hukum III Newton
dengan penuh semangat
Ketika
kita mendorong dindng tembok sebuah bangunan maka kita akan merasakan sebuah
gaya yang mendorong kita dalam arah yang berlawanan dengan arah dorongan kita
terhadap tembok itu.
Semakin
kuat kita mendorong tembok semakin kuat pula tembok itu melawan dorongan kta. Hal ini menunjukkan
bahwa gaya selalu berpasangan
dimana
keduanya sama besar, tetapi arahnya berlawanan, dan bekerja pada dua buah benda
berbeda ini disebut sebagai pasangan reaksi-aksi. Newton menyatakan pasangan
aksi-reaksi ini dalam hukum 3 Newton yang berbunyi :
"
Jika benda pertama melakukan gaya pada benda ke dua, maka benda kedua akan
melakukan gaya yang sama besar pada benda pertama, tetapi arahnya berlawanan
dengan arah gaya yang diberikan benda pertama"
Gaya
Di
dalam ilmufis ika,gaya ataukakas adalah apapun yang dapat menyebabkan sebuah
benda bermassa mengalamipercepa ta n.[1]. Gaya memilikibes a r dana ra h,
sehingga merupakan besaranvek tor. Satuan SI yang digunakan untuk mengukur gaya
adalahNewton (dilambangkan dengan N). Berdasarkan Hukum kedua Newton, sebuah
benda dengan massa konstan akan dipercepat sebanding dengan gaya netto yang
bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya.
Jenis-jenis Gaya
GAYA
GESEK
Seperti
yang sudah diberitahu tadi, Gaya Gesek merupakan gaya kontak dan arahnya selalu
berlawanan dengan arah gerak benda. Gaya Gesek adalah gaya yang melawan gerakan
dari dua permukaan yang bersentuhan. Gaya gesek mengubah energi kinetis menjadi
panas atau suara. Sehingga dapat disimpulkan bahwa gaya gesek adalah gaya yang
bekerja pada benda dan
arahnya selalu melawan arah gerak benda. Gaya gesek hanya akan bekerja pada benda jika ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut.
arahnya selalu melawan arah gerak benda. Gaya gesek hanya akan bekerja pada benda jika ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut.
Pada dasarnya gaya gesekan dibagi menjadi dua
jenis, yaitu:
1. Gaya Gesek Statis
2. Gaya Gesek Kinetis
1. Gaya Gesek Statis
2. Gaya Gesek Kinetis
GAYA
GESEK STATIS
Gaya
Gesek Statis bekerja pada saat kedua permukaan benda yang bersentuhan relatif
diam satu sama lain atau ketika benda hampir bergerak.
Sehingga jika di jabarkan dengan hukum Newton, jumlah gaya yang bekerja adalah 0. Dimana kita ketahui bahwa sesuai dengan hukum Newton, jumlah gaya yang bekerja sama dengan massa dikalikan dengan percepatan (F = m.a). Karena benda hampir bergerak (belum bergerak), berarti benda tidak memiliki kecepatan dan dengan begitu benda tidak memiliki
percepatan/perlambatan, sehingga jumlah gayanya adalah 0. Jadi besar maksimalnya gesekan statis adalah ketika benda tepat hampir bergerak. Sehingga dapat disimpulkan bahwa besarnya gaya gesek statis adalah antara 0 sampai dengan maksimalnya (0 < fs < fsmaks)
Sehingga jika di jabarkan dengan hukum Newton, jumlah gaya yang bekerja adalah 0. Dimana kita ketahui bahwa sesuai dengan hukum Newton, jumlah gaya yang bekerja sama dengan massa dikalikan dengan percepatan (F = m.a). Karena benda hampir bergerak (belum bergerak), berarti benda tidak memiliki kecepatan dan dengan begitu benda tidak memiliki
percepatan/perlambatan, sehingga jumlah gayanya adalah 0. Jadi besar maksimalnya gesekan statis adalah ketika benda tepat hampir bergerak. Sehingga dapat disimpulkan bahwa besarnya gaya gesek statis adalah antara 0 sampai dengan maksimalnya (0 < fs < fsmaks)
Besarnya
gaya gesek statis dapat dicari dengan rumus:
dengan:
fg = Gaya Gesek
µs = Koefisien Gesek Statis
N = Gaya Normal
fg = Gaya Gesek
µs = Koefisien Gesek Statis
N = Gaya Normal
GAYA
GESEK KINETIS
Gaya
Gesek Kinetis bekerja pada saat ada gerak relatif antara kedua permukaan yang
bersentuhan. Gaya gesek kinetis bekerja pada benda yang sedang melaju dengan
sebuah kecepatan terminal. Dimana yang dimaksud
dengan kecepatan terminal itu adalah kecepatan tanpa percepatan atau
perlambatan, bisa juga disebut kecepatan konstan. Karena benda bergerak
dengan kecepatan konstan, maka sesuai dengan Hukum Newton, bahwa
jumlah gaya yang bekerja adalah massa dikalikan dengan
percepatan/perlambatan (F = m.s), jumlah gaya yang bekerja pada benda
adalah 0
dengan kecepatan terminal itu adalah kecepatan tanpa percepatan atau
perlambatan, bisa juga disebut kecepatan konstan. Karena benda bergerak
dengan kecepatan konstan, maka sesuai dengan Hukum Newton, bahwa
jumlah gaya yang bekerja adalah massa dikalikan dengan
percepatan/perlambatan (F = m.s), jumlah gaya yang bekerja pada benda
adalah 0
Besarnya
gaya gesek statis dapat dicari dengan rumus:
dengan:
fg = Gaya Gesek
µk = Koefisien Gesek Kinetis
N = Gaya Normal
fg = Gaya Gesek
µk = Koefisien Gesek Kinetis
N = Gaya Normal
dengan:
fk = Gaya Gesek Kinetis
Fy = Jumlah gaya yang bekerja pada sumbu y
Fx = Jumlah gaya yang bekerja pada sumbu x
W = Gaya Berat Benda
A = Sudut Kemiringan Benda
µk = Koefisien Gesek Kinetis
N = Gaya Normal
fk = Gaya Gesek Kinetis
Fy = Jumlah gaya yang bekerja pada sumbu y
Fx = Jumlah gaya yang bekerja pada sumbu x
W = Gaya Berat Benda
A = Sudut Kemiringan Benda
µk = Koefisien Gesek Kinetis
N = Gaya Normal
PENERAPAN
GAYA GESEKAN PADA TIKUNGAN
Dalam Hal ini, akan ada dua macam keadaan yang akan
dibahas, yaitu
dalam tikungan datar dan tikungan miring. Untuk yang tikungan miring akan
dibahas dua macam, yaitu tanpa gesekan dan dengan gesekan. Hal yangdibahas adalah berapa kecepatan yang diijinkan untuk sebuah kendara
dalam tikungan datar dan tikungan miring. Untuk yang tikungan miring akan
dibahas dua macam, yaitu tanpa gesekan dan dengan gesekan. Hal yangdibahas adalah berapa kecepatan yang diijinkan untuk sebuah kendara
bermotor
untuk menempuh tikungan itu.
1.
Tikungan Datar (Dengan Gesekan)
Dalam
hal ini tikungan kita anggap sebagai lingkaran. Maka bila ada
kendaraan yang ingin menikung, pasti ada gaya sentripetal yang arah
menuju pusat lingkaran. Pada jalan datar gaya gesek statis yang
bekerja pada ban ke pusat lingkaran merupakan gaya sentripetal.
Sehingga untuk mencari besarnya kecepatan yang diijinkan digunakan
persamaan berikut:
kendaraan yang ingin menikung, pasti ada gaya sentripetal yang arah
menuju pusat lingkaran. Pada jalan datar gaya gesek statis yang
bekerja pada ban ke pusat lingkaran merupakan gaya sentripetal.
Sehingga untuk mencari besarnya kecepatan yang diijinkan digunakan
persamaan berikut:
fs = Fs
µkN
= (mv2) : R , sehingga:
dengan:
fs = Gaya Gesek Statis
µs = Koefisien Gesek Statis
N = Gaya Normal (m.g)
v = Kecepatan
m = Massa
R = Jari - Jari
g = Percepatan Gravitasi
fs = Gaya Gesek Statis
µs = Koefisien Gesek Statis
N = Gaya Normal (m.g)
v = Kecepatan
m = Massa
R = Jari - Jari
g = Percepatan Gravitasi
2.
Tikungan Miring
Dalam
hal tikungan miring ada dua hal yang akan di bahas, yaitu
dengan
atau tidak dengan gesekan. Hal ini akan dibahas satu persatu.
○Tanpa
Gesekan
Sama
halnya dengan tikungan datar, saat kendaraan menikung, gaya gesek mengarah ke
pusat. Namun dalam hal ini besarnya gaya gesek adalah N sinA, sehingga
didapatkan rumus:
N
sinA = (mv2) : R
Selain
itu juga didpatkan bahwa besarnya gaya berat yang bekerja adalah gaya normal
dikalikan cosinus dari sudutkemiringan, atau dapat dituliskan:
N =
(mg) : cosA
Dengan
begitu jika persamaan kedua di subsitusikan ke
persamaan
pertama didapatkan:
(mg)
X (sinA : cosA) = (mv2) : R
g
sinA = v2 : R, sehingga:
dengan:
N = Gaya Normal (m.g)
v = Kecepatan
m = Massa
R = Jari - Jari
A = Sudut Kemiringan
g = Percepatan Gravitasi
N = Gaya Normal (m.g)
v = Kecepatan
m = Massa
R = Jari - Jari
A = Sudut Kemiringan
g = Percepatan Gravitasi
○Dengan
Gesekan
Tikungan
sirkuit balap dibuat miring dengna maksud tertentu.Sirkuit dibuat miring agar
gaya normal yang bekerja pada mobil memiliki komponen horizontal ke arah pusat
lingkaran untuk
memnberikan gaya sentripetal. Untuk mencari besarnya kecepatan yang diijinkan untuk menempuh sebuah tikungan dengan gaya gesek dengan kemiringan sudut sebesar A adalah:
memnberikan gaya sentripetal. Untuk mencari besarnya kecepatan yang diijinkan untuk menempuh sebuah tikungan dengan gaya gesek dengan kemiringan sudut sebesar A adalah:
dengan:
v = Kecepatan
µs = Koefisien Gesek Statis
R = Jari - Jari
A = Sudut Kemiringan
g = Percepatan Gravitas
v = Kecepatan
µs = Koefisien Gesek Statis
R = Jari - Jari
A = Sudut Kemiringan
g = Percepatan Gravitas
