BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dinamika adalah prinsip-prinsip yang mengaitkan antara gerak dan gaya yang menyebabkannya. Didalam mempelajari dinamika tentang gerak, dalam makalah ini kami memuat tentang pengertian gaya dan gerak, hukum Newton I, II, III tentang te ntang gerak serta se rta penerapannya, perbedaan antara massa dengan berat serta hubungannya, perbedaan massa inersia dengan massa gravitasi aktif maupun pasif, penggunaan hukum Newton pada tegangan tali, bidang miring dan katrol, gaya normal dan gaya gesekan serta arahnya, hubungan gaya gesekan dengan hukum Newton, gaya sentripetal, diagram benda bebas serta soal-soal yang berkaitan dengan dinamika tentang gerak. gerak. Gaya adalah suatu tarikan atau dorongan yang diberikan pada suatu benda, sedangkan gerak adalah terjadinya perubahan posisi yang dialami oleh suatu benda. Tidak selamanya benda yang diberi gaya akan bergerak tetapi benda yang bergerak sudah pasti mendapatkan gaya. Hukum Newton dikemukakan oleh ilmuan asal Inggris, yakni Isaac Newton yang menjabarkan (3) hukum. Jika kita periksa ke UGD RSUD pastilah diminta untuk melakukan penimbangan berat. Padahal sebenarnya yang kita timbang adalah massa. Massa merupakan besaran yang bersifat tetap sedangkan berat merupakan pengkalian antara massa dengan gravitasi.
1.2
Rumusan Masalah
Dari latar belakang tersebut dapat dirumuskan : 1. Apa pengertian Gerak dan Gaya? 2. Apa isi dari Hukum Newton dan penerapannya? 3. Dimana letak perbedaan antara massa dan berat serta perbedaan massa inersia dengan gravitasi? 4. Apa bedanya Gaya Normal dengan Gaya Gesekan? 5. Bagaimana cara membuat diagram benda bebas?
1
1.3
Tujuan Penyusunan Penyusunan
1) Untuk memahami pengertian Gaya dan Gerak. 2) Untuk memahami hukum Newton dan penerapannya. 3) Untuk memahami perbedaan antara massa dan berat serta perbedaan massa inersia dengan gravitasi. 4) Untuk mengetahui perbedaan gaya normal dengan gaya gesekan. 5) Untuk memahami diagram benda bebas.
2
BAB II ISI (DINAMIKA)
2.1
Pengertian Dinamika
Dinamika adalah prinsip-prinsip yang mengaitkan antara gerak dan gaya yang menyebabkannya. Gaya adalah suatu tarikan atau dorongan yang diberikan pada suatu benda. Gaya dibedakan menjadi (2), gaya sentuh adalah dimana antara sumber gaya dengan benda yang dipengaruhi saling bersentuhan. Contoh : tarikan atau dorongan terhadap meja. Gaya tak sentuh adalah dimana antara sumber gaya dengan benda yang dipengaruhi tidak saling bersentuhan. Contoh : tertariknya potongan kertas oleh penggaris yang telah digosok. Sifat-sifat gaya, meliputi dapat mengubah bentuk benda (tanah liat/ plastisin), mengubah arah gerak benda (bola memantul), perubahan gerak benda (mobil dipercepat/ diperlambat). Gerak adalah perubahan kedudukan atau posisi suatu benda terhadap suatu titik yang menjadi acuan. Jenis gerak suatu benda ditentukan oleh lintasannya yaitu : Lintasan sebuah garis lurus sehingga gerakannya disebut gerak lurus Lintasan sebuah lingkaran sehingga geraknya disebut gerak melingkar Lintasan sebuah parabola sehingga geraknya disebut gerak parabola
Terkadang tidak semua benda yang diberikan gaya akan menimbulkan adanya gerak karena tidak menyebabkan terjadinya perubahan posisi suatu benda. 2.2
Hukum Newton
Seorang ilmuan yang berasal dari Inggris bernama Isaac Newton adalah orang yang mengemukakan tiga hukum mengenai hubungan antara ga ya dan gerak. Hukum tersebut antara lain, Hukum Newton I, Hukum Newton II, dan Hukum Newton III.
3
1. Hukum Newton I “Setiap benda yang dalam keadaan diam akan tetap diam dan setiap benda yang bergerak, akan terus bergerak lurus beraturan, kecuali jika terdapat gaya luar yang tak seimbang memaksa benda tersebut untuk mengubah keadaannya.” Sehingga dari pernyataan tersebut setiap benda bersifat lembam atau mempertahankan keadaannya. Rumus :
∑F = Resultan Gaya
∑F = 0
Jadi, jika resultan gaya pada sebuah benda sama dengan Nol, maka berarti benda tersebut tidak memiliki percepatan (a = 0).
F2
F1
Gaya yang bekerja pada benda adalah sama (F 1= F2). Penerapan Hukum Newton I : Kendaraan yang mengerem mendadak, Kendaraan yang menambah kecepatan, Benda diatas taplak meja tetap diam biarpun taplaknya ditarik, Ayunan bandul sederhana, dsb.
2. Hukum Newton II “Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada sebuah benda berbanding lurus dengan besarnya gaya penggerak tersebut serta mempunyai arah yang sama dan berbanding terbalik dengan massa benda itu” Rumus :
a = atau ∑F = m.a
Keterangan
: F = Gaya yang bekerja pada benda (N) : m = Massa dari benda (kg) : a = percepatan pada benda (m/s 2) a m
F
4
Penerapan Hukum Newton II : Mengendarai sepeda di jalan menurun maka akan bertambah
kecepatannya, Mobil yang melaju di jalan raya akan mendapatkan percepatan
yang sebanding dengan gaya dan berbanding terbalik dengan massa mobil, dsb. Berat dan Massa Massa adalah sifat inersia atau kelembaman suatu benda. Semakin besar massa benda, semakin besar pula gaya yang diperlukan untuk menimbulkan efek percepatan yang sama. Sedangkan, berat adalah gaya yang bekerja pada benda akibat tarikan gravitasi bumi. Pengalaman sehari-hari menunjukkan menunjukkan bahwa benda yang mempunyai massa besar juga memiliki berat yang besar. Ada beberapa perbedaan berat dengan massa, yaitu sebagai berikut. PERBEDAAN
NO.
MASSA
BERAT
1.
Merupakan besaran pokok
Merupakan besaran turunan
2.
Satuan Internasional kg
Satuan Internasional Newton
3.
Banyak zat dikandung benda
Gaya tarik gravitasi bumi
4.
Besarnya dimana-mana tetap
Besarnya berubah sesuai posisi
5.
Termasuk besaran skalar
Termasuk besaran vektor
6.
Diukur
neraca pegas (dinamometer)
dengan
neraca
Ohauss
Hubungan Massa denganBerat, sebagaiberikut. Rumus :
W = m.g
Keterangan : W = berat (N) : m = massabenda (kg) : g = gravitasi (m/s2)
5
I.
Massa
inersia bahwa
massa
adalah
kelembaman
atau
keengganan benda untuk mengubah keadaannya. Keadaan partikel paling umum digambarkan oleh kecepatan (vektor) yang memiliki besar dan arah. Enggan mengubah keadaan berarti enggan mengubah besar kecepatannya dan/atau arah geraknya. Kecepatan
nol
berarti
benda
itu
diam.Untuk
mengubah
keadaannya, maka harus ada gaya eksternal yang diberikan kepada benda tersebut. II.
Massa gravitasional aktif dimana massa adalah sumber gaya
gravitasi, yaitu gaya yang mampu menarik benda-benda bermassa lainnya. III.
Massa gravitasional pasif merupakan merupakan ukuran kekuatan interaksi
suatu objek dengan dengan medan gravitasi. gravitasi. Massa gravitasional pasif ditentukan dengan membagi berat objek dengan percepatan jatuh bebas objek itu sendiri. Dua objek dalam medan gravitasi yang sama akan mengalami percepatan yang sama. 3. Hukum Newton III “Jika sebuah benda mengerjakan gaya pada benda lain (disebut sebagai suatu aksi), maka benda yang kedua akan mengerjakan gaya pada benda pertama sama besar dan mempunyai arah yang berlawanan dengan gaya pada benda pertama (disebut sebagai suatu reaksi). Rumus :
F aksi = - F reaksi
Terdapat (2) hal yang perlu diperhatikan dalam pemakaian hukum Newton III : (1) Pasangan aksi dan reaksi selalu melibatkan dua buah benda dan bekerja pada dua benda berbeda tapi saling berinteraksi. (2) Besar gaya aksi sama besar dengan gaya reaksi, tetapi mempunyai arah yang berlawanan.
6
Penerapan Hukum Newton Newton III : Para pemain sepatu luncur es memberikan gaya pada satu sama
lain dengan besar yang sama tapi berlawanan arah, Peristiwa gaya magnet, Adanya gaya listrik, Adanya gaya gravitasi, Saat palu besi memukul ujung paku berarti palu mengerjakan gaya
pada ujung paku(Faksi) maka paku akan memberikan gaya pada palu(Freaksi), dsb. 2.3
Penggunaan Hukum Newton
1) Menentukan Gaya Tegangan Tegangan Tali Jika suatu benda digantung pada seutas tali maka bila benda dalam keadaan diam akan berlaku persamaan sebagai berikut : T – m.g m.g = 0 atau T= m.g
Ket : T = Gaya tegangan tali m = massa benda g = gaya gravitasi bumi
Sedangkan bila benda bergerak ke atas dengan percepatan a yang bekerja pada benda tersebut, maka persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut : m.g - T = m.a atau T= m.g – m.a m.a
Ket : a = percepatan benda 2) Gerak benda yang dihubungkan katrol Bila dua benda misalnya m 1 dan m 2 dihubungkan dengan tali yang melalui katrol. Rumus : T
T
a=
. g
Apabila massa dan gaya gerak tali diabaikan.
1 2
7
3) Benda bergerak pada bidang miring Jika bidangnya licin sempurna, maka tidak ada gesekan antara benda dengan bidang.
N
mg cos 0
mg sin 0 mg
Besarnya gaya normal yang terjadi dapat diketahui dengan persamaan sebagai berikut :
cos 0
Ket : N = gaya normal : 0= sudut bidang miring
Sedangkan untuk mengetahui besarnya gaya yang sejajar dengan bidang miring dapat diketahui dengan persamaan :
sin 0 Dan besarnya percepatan dapat diketahui melalui persamaan :
sin 0
2.4
Gaya Normal dan Gaya Gesekan
Gaya Normal (N) adalah dimana suatu benda berada pada suatu bidang, maka bidang akan memberikan gaya gaya pada benda yang arahnya tegak lurus dengan bidang tersebut. Berdasarkan Hukum Newton I untuk balok diam diatas bidang atau papan mendatar berlaku : ∑F = 0 N-w = 0 N=0 N = m.g Gaya Gesekan adalah gaya yang terjadi akibat adanya dua benda saling bersentuhan dan terdapat gerak relatif antara keduanya. Gaya gesekan selalu menghambat gerak benda, karena arahnya sejajar dengan dengan permukaan sentuh maka mampu mempengaruhi benda dan selalu berlawanan arah dengan gerak benda.
8
Besarnya gaya gesekan yang dialami oleh benda bergantung pada : Kekasaran permukaan yang bergesekan (koefisien gesekan = m) Besarnya Gaya normal (N).
Gaya gesek tidak tergantung dari luas bidang yang bergesekan. Besarnya gaya gesekan dapat diketahui melalui persamaan : f g= µ.N
Keterangan : f g= energi potensial gravitasi µ = koefisien gesekan
Jika, F
: benda dalam keadaan diam
F = f g : benda tepat akan bergerak F >f g
: benda dalam keadaan bergerak
Gaya Gesekan yang Menguntungkan Seseorang dapat berjalan diatas tanah, karena ketika telapak kaki
menekan tanah ke arah belakang, ada gesekan antara telapak kaki dengan permukaan tanah yang menimbulkan reaksi dimana tanah mendorong telapak kaki ke depan. Gesekan pada piringan rem sepeda motor atau gesekan antara rem
karet dan pelek sepeda digunakan untuk proses pengereman. Gesekan udara pada parasut yang terbentang memungkinkan
penerjun mendarat di tanah dengan selamat. Ban mobil dibuat bergerigi sehingga terjadi gesekan antara ban dan
permukaan jalan untuk memutar ban dan menghindari mobil tergelincir ketika jalan licin. i.
Gaya Gesekan yang Merugikan Gesekan antara bagian-bagian mesin mobil dapat menimbulkan
panas, maka mesin harus diberi minyak pelumas atau oli. Gesekan antara roda dan poros dapat menghambat putaran roda,
maka perlu dipasang bola-bola peluru. Gesekan udara menghambat laju mobil, maka bentuk mobil perlu
didesain yang aerodinamis. Arah Gaya Kontak (Gaya Gesekan dan Gaya Normal) dalam berbagai posisi bidang sentuh beserta arah gerak benda.
9
Pada Bidang Datar Datar
(1)
(2)
(1) arah gaya gesekan ke kiri, gaya luar (F) ke kanan, dan gaya normal ke atas/ tegak lurus bidang sentuh. (2) arah gaya gesekan ke kanan, gaya luar (F) ke kiri, dan gaya normal ke atas/ tegak te gak lurus bidang sentuh. Pada Bidang Miring
(1)
(2)
(1) Arah gaya gesekan searah bidang miring ke bawah, gaya luar searah bidang miring ke atas dan benda kemungkinan bergerak ke atas, sedangkan gaya normal tegak lurus bidang miring ke atas. (2) Arah gaya gesekan searah bidang miring ke atas, gaya luar searah bidang miring ke bawah atau tanpa dikerjakan gaya luar (F), dan benda kemungkinan bergerak ke atas, sedangkan gaya normal tegak lurus bidang miring ke atas.
10
Pada Bidang Tegak
(1)
(2)
(1) Arah gaya gesekan adalah ke atas, gaya luar menuju bidang miring kebawah dengan sudut kemiringan α, dan gaya normal tegak lurus bidang sentuh ke kanan. (2) Arah gaya gesekan adalah ke bawah, gaya luar menuju bidang miring ke atas dengan sudut kemiringan α dan benda kemungkinan bergerak ke atas, dan gaya normal tegak lurus bidang sentuh ke kanan. Hubungan Gaya gesekan dengan Hukum Newton N f g
F
mg Persamaan yang berlaku pada gambar yaitu : F - f g = m.a
Dengan
f g= µ. mg
Besarnya percepatan yang berlaku pada benda tersebut yaitu : a=
2.5
Gaya Setripetal
Benda yang bergerak melingkar beraturan akan selalu mengalami percepatan sentripetal sebesar as =
. Oleh karena itu, harus ada gaya ke
arah pusat lingkaran yang bekerja pada benda tersebut untuk menimbulkan percepatan sentripetal. Berdasarkan hukum newton II, diperoleh :
11
Fs= m.asatau Fs=
Ket
: Fs= gaya sentripetal (N) 2
as= percepatan sentripetal (m/s ) v = kecepatan linier (m/s) R = jari-jari lingkaran (m)
Aplikasi Gaya Sentripetal Pada Gerak Melingkar Melingkar Beraturan 1) Sistem Benda-tali Putaran (T)
(1) Horizontal
(2) Vertikal
Rumus : ∑Fs= mv2/ r 2
T = mv / r
∑Fs= mv2/ r 2
T + mg sin 0 = mv / r
2) Kelereng dalam Tabung
(1) Vertikal
(2) Horizontal
Rumus :
∑Fs= mv mv / r 2
N = mv / r
∑Fs= mv / r 2
N + mg sin 0 = mv / r
12
2.6
Diagram Benda Bebas Sebuah pegas mempunyai konstanta k dan sebuah benda dengan massa
m digantungkan pada pegas tersebut, pegas tersebut diregangkan sebesar ∆x, hitunglah percepatan pegas pada saat dilepaskan pada regangan ∆x!Gambar diagram benda bebas :
Gambar 1 diagram benda bebas untuk pegas dan massa m. Jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbu X tidak ada, sedangkan jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbu Y adalah :
Carilah percepatan balok bermassa m yang meluncur menuruni suatu
permukaan bidang miring yang licin dengan sudut θ terhadap bidang horizontal. (lihat gambar berikut ini)
Gambar 2 balok pada bidang miring yang licin. Diagram benda bebas untuk soal no 6 adalah :
13
jumlah gaya-gaya yang searah sumbu Y: Y:
jumlah gaya-gaya yang searah sumbu X adalah adalah :
Jadi untuk bidang miring tanpa gesekan, maka percepatan suatu benda yang meluncur di atasnya hanya di tentukan oleh gravitasi bumi dan sudut kemiringan bidang miring. Bila sudut sama dengan 90 derajat, maka sama saja benda bergerak jatuh bebas, atau a = g. 2.7
Pembahasan Soal Tentang Dinamika
1) Sebuah benda mempunyai massa 1 kg. Pada benda tersebut bekerja sebuah gaya tetap sebesar 5 N. Tentukanlah percepatan yang ditimbulkan benda tersebut? Jawab : a=
= 5 m/s2 2) Sebuah benda memiliki massa 5 kg, jika benda tersebut mendapatkan pengaruh percepatan gravitasi bumi sebesar 10 m/s2, maka berapakah berat benda tersebut? Jawab : W = m.g 5.10 = 50 N 3) Sebuah lift yang massa totalnya 800 kg tergantung pada kabel yang tegangan maksimumnya 20.000 N. Berapakah percepatan maksimum yang diizinkan agar kabel tidak putus? Jawab : Gerak lift ke atas
14
∑F = m.a T – w w = m.a T – m.g m.g = m.a a = a=
9,8 m/s2
a = 15,2 m/s 2 4) Balok A massanya 1 kg dan balok B massanya 3 kg bersentuhan pada bidang horizontal tanpa gesekan seperti ditunjukan pada gambar berikut.
F
F A
B
A
B
a. Jika gaya horizontal F = 10 N dikerjakan pada balok A, tentukan gaya balok A yang bekerja pada balok B. b. Jika gaya horizontal F = 10 N dikerjakan pada balok B, tentukan gaya balok B yang bekerja pada balok A. Jawab : Karena balok saling bersentuhan, maka percepatan keduanya adalah sama. ∑F = m.a F = (m A + mB) a a=
a) Gaya balok A yang bekerja pada balok B FAB = mBa = 3. 2,5 = 7,5 N b) Gaya balok B yang bekerja pada balok A FBA = mAa = 1. 2,5 = 2,5 N
15
BAB III PENUTUP
3.1
Simpulan
Gaya adalah dorongan atau tarikan yang diberikan pada suatu benda. Sedangkan gerak adalah perubahan kedudukan suatu benda. Seorang ilmuan yang berasal dari Inggris bernama Isaac Newton adalah orang yang mengemukakan tiga hukum mengenai hubungan antara gaya dan gerak. Hukum tersebut antara lain, Hukum Newton I, Hukum Newton II, dan Hukum Newton III. Penggunaan hukum Newton dapat digunakan dalam tegangan tali, katrol dan bidang miring. Gaya Normal (N) adalah dimana suatu benda berada pada suatu bidang, maka bidang akan memberikan gaya pada benda yang arahnya tegak lurus dengan bidang tersebut. Gaya Gesekan adalah gaya yang terjadi akibat adanya dua benda saling bersentuhan dan terdapat gerak relatif antara keduanya.
16
DAFTAR PUSTAKA
______. 2009. Rumus Matematika, Fisika, Kimia SMA Kelas X, XI, XII. UGM dan UNY : Yogyakarta.
Supiyanto. 2004. Fisika SMA untuk SMA Kelas X. Erlangga : Jakarta.
Gunawan, Adi dan Roeswati.____. Tangkas Fisika SMU Kelas 1, 2, 3. Kartika : Surabaya.
17
