E. Konsep Gerak dan Gaya
a. Gerak Lurus Gerak lurus dapat didefinisikan sebagai gerak suatu benda pada
lintasan lurus Kanginan, 2007. Dua gerak lurus yang sederhana adalah: Gerak Lurus Beraturan GLB dan Gerak Lurus Berubah
Beraturan GLBB Kanginan, 2007. a. Gerak Lurus Beraturan GLB
Gerak lurus beraturan atau sering disingkat GLB adalah Gerak lurus dengan kecepatan konstan tidak mengalami pecepatan atau
percepatan a = 0. Berikutpersamaandalam GLB
x = v.t 1
Ket : x = jarak
v = kecepatankelajuan t = waktutempuh
b. Gerak Lurus Berubah Beraturan GLBB Gerak Lurus Berubah Beraturan GLBB adalah gerak lurus dengan
kecepatan yang
berubah secara
beraturan atau
geraklurusdenganpercepatanatauperlambatan tetap. Benda yang bergerak mengalami percepatan.
v = v + at 2
v = v + v 3
x = vt = v + v t 4
Jika v = v + at maka
x = v t + at 5
Jika t =
maka x =
atau v = v + 2ax 6
Benda yang bergerak mengalami perlambatan. =
− 7
̅ = +
3 = ̅ =
+ 4
Jika v = v − at maka
x = v t − at 8
Jika t =
maka =
− 2 9
1 Gerak Jatuh Bebas GJB Gerak jatuh bebas didefinisikan sebagai gerak jatuh
benda dengan sendirinya mulai dari keadaan diam V = 0 dan
selama gerak jatuhnya hambatan udara diabaikan, sehingga benda hanya mengalami percepatan kebawah yang tetap, yaitu
percepatan gravitasi Kanginan, 2013. Sedangkan menurut =
; =
−
+ Keterangan:
= ;
= =
; =
ℎ
= ;
= −
+ Keterangan:
= ;
= =
; =
ℎ
Haliday,gerak jatuh bebas adalah gerak yang timbul akibat adanya gaya gravitasi dan benda tidak berada dalam
kesetimbangan, artinya benda terlepas dan tidak ditopang oleh apapun dari segala sisi.
Terminologi jatuh bebas digunakan untuk benda yang jatuh tanpa memilik kecepatan awalV
1
=0. Untuk menganalisis gerakan ini, maka dapat dilihat bahwa gerakan
hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi, bukan massa benda. Benda yang jatuh, semakin dekat ke permukaan bumi,
kecepatanya akan semakin bertambah,karena benda mengalami percepatan sebesar percepatan gravitasi bumi.
Persamaan gerak yang digunakan untuk menganalisis gerakan ini adalah persamaan gerak untuk gerak lurus berubah
beraturan Haliday, 1987. Dengan demikian secara sederhana persaman GLBB untuk
gerak benda mengalami percepatan dapat diubah menjadi : v = v + gt
10 y = y + v t + gt
11 karena v = 0 maka
y = y + gt 12
Jika t =
maka v = v + 2gy
13 =
=
= =
ℎ =
y = y − y
+ Keterangan:
2 Gerak Vertikal ke Atas GVA Jika benda dilempar vertikal ke atas, prinsipnya adalah kebalikan
dari benda jatuh bebas, sehingga persamaan-persamaan yang berlaku dapat dianalisis seperti berikut ini.
v = v − gt 14
x = v t − gt 15
Jika t =
maka =
− 2 16
a Waktu mencapai ketinggian maksimum
Saat benda dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan v
1,
kecepatan pada puncak adalah nol v
2
=0 dengan memasukkan nilai tersebut ke persamaanberikut
= −
= 17
Sehingga t maksimum adalah =
18 b Ketinggian maksimum
Untuk mengetahui ketinggian maksimum benda yang dilempar vertikal ke atas dapat diperoleh dengan mengolah
persamaan =
− 2 ℎ, dimana nilai v
2
=0, sehingga persamaan menjadi
= 2 ℎ, maka ℎ
= 19
3 Gerak V
dilempa atau
Vo ≠ 0 gerak j
= +
= +
+ =
+ 2
b. Gerak P
dan sudut ada, m
tersebut =
= −
+ Ke
= =
= =
ℎ
k Vertikal ke Bawah Gerak vertikal kebawah adalah gerak sua
mpar tegak lurus kebawah dengan kecepatan aw Vo ≠ 0
.
Pada gerak ini benda mengalami pe k jatuh bebas.
Berikut persamaan gerak untuk gerak vertika =
+ 10
= +
+ 11
= + 2
13
ak Parabola Misalkan sebuah peluru ditembakkan denga
sudut α. Dengan menggangap bahwa gaya ge , maka kita dapat menggambarkan grafik pe
but seperti gambar berikut.
Gambar 2.1 Gerak Parabola =
= −
+ Keterangan:
= ;
= =
; =
ℎ
suatu benda yang n awal V
o
tertentu Vo ≠ 0
percepatan seperti
tikal kebawah =
+ =
+ +
= + 2
ngan kecepatan gesek udara tidak
pergerakan bola =
= −
+ =
= =
= ℎ
Pada gerak parbola, ada dua dimensi yang harus ditinjau. Dimensi yang dimaksudkan adalah terhadap sumbu x dan sumbu y.
sumbu y adalah dimensi yang menunjukkanketinggian benda. Gerakan pada dimensi ini akan dipengaruhi oleh gravitasi bumi, sehingga
percepatannya adalah g. Sedangkan pada sumbu x, percepatan tidak ada, tidak ada pengaruh g pada gerakan di sumbu x, tetapi penting
diingat bahwa analisis ini mengabaikan pengaruh gesekan udara atau angin yang mengenai benda. Sehingga gerakan pada sumbu x dapat
dilihat sebagai gerak lurus beraturan. Dengan demikian persamaan- persamaan pada gerak lurus beraturan akan berlaku juga pada gerakan
pada sumbu y. berikut ini adalah analisis pada gerak parabola. Saat peluru ditembakkan dengan kecepatan v
1
dan sudut αmaka kita dapat memproyeksikanbesaran kecepatan terhadap sumbu
x dan sumbu y nilainya adalah : =
cos dan
= sin
20 Persamaan terhadap sumbu x
Persamaan gerak terhadap sumbu x dapat ditentutan dengan menggunakan persamaan GLB.
x = v.t 1
Karena =
= v
x
, maka persamaan 1 dapat diganti dengan x = v
x
.t = .t
Dimana: v
1
= kecepatan awal peluru v
x
= kecepatan peluru pada sumbu x α = sudut penembakan
Persamaan terhadap sumbu y Pada sumbu y berlaku persamaan umum gerak lurus berubah
beraturan, untuk benda yang mengalami perlambatan. Persamaan tersebut dapat diubah menjadi
= −
21 =
+ −
22 =
− 2 23
jika =
sin maka =
sin −
24 Jika v
2y
= 0 maka sin
= 25
= 26
Ket : t
p
= waktu sampai ke titik puncak; =
v
2y
= kecepatansaattitik puncak
c. Hukum Newton Hukum Newtom menyatakan hubungan antara gaya, massa,
dan gerak benda. a. Hukum Newton I
Sebuah benda akan terus berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, jika tidak ada gaya atau
kekuatan dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaan geraknya
diam atau bergerak lurus beraturan disebut dengan kelembaman atau inersia, sehingga hukum Newton I
disebut juga sebagai hukum kelembaman atau hukum inersia Kanginan, 2013. secara matematis dinyatakan:
∑F = 0 ⇔ diam atau berGLB 27
b. Hukum Newton II Hukum Newton II menyatakan bahwa “Percepatan
yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan resultan gaya,
searah dengan resultan gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda”
Kanginan, 2013. Secara matematis, hukum Newton II dinyatakan
sebagai berikut: =
atau F = m.a 28
c. Hukum Newton III Menurut Newton gaya tunggal yang hanya
melibatkan satu benda tidak mungkin ada. Gaya hanya hadir jika sedikitnya ada dua benda yang berinteraksi
Kanginan, 2013. Hukum ini dinyatakan sebagai berikut:
“Untuk setiap aksi, ada suatu reaksi yang sama besar tetapi berlawanan arah”
Secara matematis, hukum Newton III dinyatakan sebagai
aksi = - reaksi 29
d. Gerak Melingkar a. Besaran Gerak Melingkar
Gerak melingkar adalah gerak pada lintasan berbentuk lingkaran Kanginan, 2013. Ada perbedaan
antar gerak lurus beraturan ataupun berubah beraturan dengan gerak melingkar. Pada gerak melingkar kita
menemukan istilah percepatan sudut α, kecepatan sudut ω dan pergeseran sudut Ө Haliday, 1987.
Gambar 2.2 Arah kecepatan linear
b. Dinamika dalam gerak melingkar Benda diikatkan pada tali. Maka besaran-besaran
yang bekerja pada benda adalah vektor kecepatan, dan vektor percepatan sentripental. Arah antara kedua vektor
ini adalah tegak lurus satu dengan yang lain. Percepatan sentripental mengarah ke pusat putaran. Pada gerakan ini
juga akan dihasilkan sebuah gaya sentripental yang arahnya searah dengan percepatan sentripental.
Gambar 2.3 Gaya sentripetal Sesuai dengan Hukum Newton II bahwa ∑F= m.a
bahwa maka gaya sentripental F
s
adalah: F
s
= m.a
s
30 Dengan
= maka diperoleh
F
s
= m 31
Dimana v = Kecepatan linear ms
r = Jari-jari lintasan lingkaran m m = Massa benda kg
F
s
= Gaya sentripental N e. Gaya Berat dan Gaya Normal
a. Gaya Berat
Gambar 2.4 Gaya berat
Gaya berat adalah gaya tarik bumi, karena berat adalah salah satu bentuk gaya, berarti berat adalah besaran
vektor. Arah vektor ini adalah arah gaya tarik bumi yaitu ke pusat bumi, dalam hal ini vertikal ke bawah. Dengan
demikian ketika suatu benda mengalami gerak jatuh bebas benda tersebut mengalami percepatan karena ada gaya
yang bekerja pada benda tersebut yaitu gaya berat w Kanginan, 2013
Gaya berat dirumuskan sebagai berikut w = m.g,
32 dimana :
w = gaya berat m = massa benda
g = percepatan gravitasi bumi.
b. Gaya Normal
Gambar 2.5 Gaya normal Gaya normal didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada
bidang sentuh antara dua permukaan yang bersentuhan, yang
N N
arahnya tegak lurus bidang sentuh Kanginan, 2013. Pada gambar 2.5 gaya normal bekerja pada benda atau kotak. Pada saat benda
atau kotak berada pada bidang datar gaya normal besarnya sama dengan berat kotak, kedua gaya tersebut juga berlawanan arah.
Tetapi keduanya bukan pasangan aksi-reaksi, karena keduanya bekerja pada benda yang sama.
c. Gaya gesek Gaya gesek adalah gaya yang timbul sebagai akibat
dua benda yang bersinggungan. Besar gaya gesek berbanding lurus dengan gaya normal N dengan suatu
konstanta pembanding μ
yang dinamakan koefisien gesekan.
Gaya gesek antara dua benda yang bergerak adalah gaya gesek kinetik. Yahdi, 1996
Gambar 2.6 Gaya gesek Gaya gesek kinetik selalu berlawanan arah dengan
gerak benda. Pada umumnya ada dua macam koefisien gesekan yaitu koefisin gesek statis
μ
s
yang berlaku pada saat benda belum bergerak diam dan koefisien gesek statis
μ
k
yang berlaku pada saat benda bergerak Kanginan,2013.
Persamaan matematis gaya gesek: f
s
= μ
s
. N, berlaku pada saat benda diam 33
f
k
= μ
k
. N, berlaku pada saat benda bergerak 34
BAB III METODE PENELITIAN
Kategori