dinamika partikel

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?

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

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 :

"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.

Contoh soal 1 :
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 =...?

Jawab : F = m a
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.

Pada dasarnya gaya gesekan dibagi menjadi dua jenis, yaitu:
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)

Besarnya gaya gesek statis dapat dicari dengan rumus:

dengan:
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

Besarnya gaya gesek statis dapat dicari dengan rumus:

dengan:
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

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

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:

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

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

○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:

dengan:
v = Kecepatan
µs = Koefisien Gesek Statis
R = Jari - Jari
A = Sudut Kemiringan
g = Percepatan Gravitas