Hubungan antara gaya dan gerak

GAYA

Hoga saragih

Hubungan antara gaya dan gerak

Mengapa benda bergerak sedemikian rupa ?
Apa yang membuat benda yang pada mulanya diam mulai bergerak ?
Apa yang mempercepat dan memperlambat benda ?
• Kita dapat menjawab semua pertanyaan
tersebut dengan mengatakan diperlukan gaya

GAYA

Adalah

Dorongan atau tarikan terhadap sebuah

benda.

Sebuah gaya merupakan vektor karena

memiliki arah dan besar

Eg. Kita mendorong mobil mogok, martil

memukul paku, angin meniup daun di pohon.

Gaya tidak selalu menyebabkan gerak

Eg. Kita mendorong meja dengan sekuat tenaga tetapi meja tetap tidak bergerak

Untuk mengukur besar atau kekuatan gaya

ialah dengan menggunakan neraca pegas.

Galileo vs Aristotle

Aristotle (384-322 SM) percaya bahwa diperlukan sebuah gaya untuk menjaga agar sebuah benda tetap bergerak sepanjang bidang horisontal
Menurut Aristotle keadaan alami sebuah benda adalah diam, dan dianggap perlu adanya gaya untuk menjaga agar benda tetap bergerak
Menurut Aristotle makin besar gaya pada benda, makin besar pula lajunya

Galileo vs Aristotle

Kira-kira 2000 tahun kemudian, Galileo mempertanyakan pandangan-pandangan Aristotle ini dan menemukan kesimpulan yang sangat berbeda
Galileo mempertahankan bahwa sama alaminya bagi sebuah benda untuk bergerak horisontal dengan kecepatan tetap, seperti ketika benda tersebut berada dalam keadaan diam

Galileo vs Aristotle

• Merupakan pemikiran Galileo yang jenius

untuk membayangkan dunia yang ideal
seperti itu- dalam hal ini, dunia dimana tidak ada gesekan- dan untuk melihat bahwa hal ini bisa menghasilkan pandangan yang lebih berguna mengenai dunia nyata,

Galileo vs Aristotle

Idealisasi ini yang kemudian membuatnya sampai pada kesimpulan hebatnya bahwa jika tidak ada gaya yang diberikan kepada benda yang bergerak, benda itu akan terus bergerak dengan laju konstan dengan lintasan lurus. Sebuah benda melambat hanya jika ada gaya yang diberikan kepadanya. Dengan demikian, Galileo menganggap gesekan sebagai gaya yang sama dengan dorongan atau tarikan biasa.

Galileo vs Aristotle

Jika benda tersebut bergerak dengan laju konstan, gaya dorongan anda sama besarnya dengan gaya gesek, tapi kedua gaya ini memiliki arah yang berbeda sehingga gaya total pada benda (jumlah vektor pada kedua gaya adalah nol)
Hal ini konsisten dengan sudut pandang galileo, karena benda bergerak dengan laju konstan ketika tidak ada gaya total yang diberikan padanya.

Galileo vs Aristotle

Perbedaan antara sudut pandang Aristotle dan Galileo tidak berarti salah satu salah atau betul. Pandangan Aristotle tidak sepenuhnya salah, karena pengalaman kita pengalaman kita sehari hari menunjukkan bahwa benda yang bergerak cenderung berhenti jika tidak didorong terus menerus.

Galileo vs Aristotle

Perbedaan sebenarnya terletak pada kenyataan bahwa pandangan Aristotle mengenai “keadaan alami”
Galileo melakukan lompatan kreatif dalam membayangkan situasi tidak ada gesekan yang secara eksperimental tidak dapat dilakukan, dan dengan mengganggap gesekan sebagai gaya, Galileo bisa mencapai kesimpulan bahwa sebuah benda akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan jika tidak ada gaya yang bekerja untuk merubah gerak ini.

NEWTON

Berdasarkan penemuan ini, Isaac newton membangun teori geraknya yang terkenal. Analisis Newton tentang gerak dirangkum dalam “tiga hukum gerak”-nya yang terkenal. Dalam karya besarnya, principia (diterbitkan 1687), Newton menyatakan terima kasihnya kepada Galileo, hukum gerak newton pertama sangat dekat dengan kesimpulan Galileo.

HUKUM GERAK NEWTON PERTAMA

Setiap benda tetap berada dalam keadaan

diam atau bergerak dengan laju tetap

Sepanjang garis lurus, kecuali jika diberi gaya

total yang tidak nol Kecenderungan sebuah benda untuk

mempertahankan keadaan diam atau

geraknya tetap pada garis lurus disebut Inersia.

Hukum Newton Pertama = Hukum Inersia

Kerangka acuan adalah benda yang terletak tetap di bumi.

Kerangka acuan dimana hukum inersia

tidak berlaku, seperti kerangka acuan yang dipercepat di atas, disebut kerangka acuan non inersia.

MASSA

Adalah ukuran inersia suatu benda.

Dalam satuan SI, satuan massa adalah kilogram ( kg ) “ makin besar massa yang dimiliki sebuah benda, makin sulit merubah keadaan geraknya.”

Eg: sebuah truk memiliki inersia yang lebih besar dibandingkan sebuah

bola baseball, dan lebih sulit untuk mempercepat atau memperlambat truk tersebut. Dengan demikian, truk memiliki massa yang lebih besar.

Massa VS Berat Massa adalah

Sifat dari benda itu sendiri,(yaitu ukuran inersia benda tersebut atau “jumlah zat nya”)

Berat adalah

Gaya, gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda.

Berat dan massa

Konsep massa dan berat sering kali
dicampur adukkan, terutama karena
mereka saling sebanding. Artinya bila massa digandakan maka beratnya menjadi dua kali; sedangkan bila massanya diparo maka beratnya juga menjadi setengah kalinya
Massa didefinisikan sebagai ukuran inersia suatu benda tanpa adanya gesekan, dan massa memberi respons terhadap setiap upaya yang dilakukan untuk menggerakkannya, menghentikannya atau mengubah dengan cara apa pun keadaan geraknya. Berat adalah gaya sehubungan dengan gaya tarik bumi terhadap benda itu.

• Bila definisi yang telah diberikan diatas

masih belum jelas, maka penjelasan
dibawah ini mungkin dapat membantu.
• Dari pembahasan tentang hukum newton

II tersirat bahwa benda mempunyai kecenderungan untuk menentang gerakan. (untuk menggerakkan benda perlu gaya).

Sifat benda yang cenderung menentang
gerakkan ini oleh galileo disebut inersia.

• Tiap benda punya inersia, besar kecilnya
inersia benda tergantung pada jumlah zat yang dikandung benda tersebut atau massanya.
Makin besar massa benda, makin besar
pula inersianya. Jadi massa merupakan
ukuran inersia suatu benda.

Walaupun dalam sistem satuan tertentu massa dan berat mempunyai satuan yang sama, massa berbeda dengan berat. Berat seringkali secara tidak sadar juga dikaitkan dengan inersia.
Contohnya bila dua benda ingin dibandingkan mana yang lebih berat, maka benda-benda itu biasanya digerakkan entah maju, mundur ataupun kearah lain.

Dengan melakukan itu sebenarnya kita menilai benda mana yang lebih sukar dijelaskan, artinya mana yang lebih menentang perubahan gerakkan. Jelas bahwa disini inersia benda- benda itu dibandingkan.
Namun walau berat juga terlihat mempunyai hubungan dengan inersia, berat tetap mempunyai konsep yang berbeda sama sekali dengan massa.

Massa dinyatakan dalam kgm.

Dipermukaan bumi 1kgm batu beratnya 9,8 newton. Jauh diatas permukaan bumi, dimana gaya tarik inti bumi berkurang, berat batu itu kurang dari 9,8 newton.

Benda itu beratnya juga berkurang dipermukaan planet yang kurang padat dibandingkan dengan bumi.

Dibulan misalnya dimana gravitasi hanya 1/6 gravitasi bumi, 1 kgm batu yang sama beratnya hanya 1,6 newton.
Terlihat disini bahwa massa batu itu sama dimana-mana, tetapi beratnya dapat berbeda- beda. Kecuali karena pengaruh gesekan (artinya dipermukaan yang sama-sama licin), mendorong benda tersebut di bulan. Tetapi berat benda dibumi lebih besar daripada dibulan.

Contoh

Untuk melihat perbedaannya: Kita membawa sebuah benda ke bulan.

Berat benda hanya seperenam dari beratnya bumi, karena gaya gravitasi lebih lemah, tetapi massa akan tetap sama. Benda tersebut akan tetap memiliki jumlah zat dan inersia yang sama – karena dengan tidak adanya gesekan, akan sama sulitnya untuk menggerakannya atau memberhentikannya kalau sudah bergerak.

• Bila anda telah mengerti konsep berat dan
massa, maka renungkanlah sekali lagi, mana yang lebih mudah, mengangkat benda dibumi atau dibulan; mendorong benda dibumi atau dibulan ?

Hukum Gerak Newton Kedua

Percepatan sebuah benda berbanding

lurus dengan gaya total yang bekerja

padanya dan berbanding terbalik dengan

massanya.

Arah percepatan sama dengan arah gaya total

yang bekerja padanya.

Newton berpendapat Bahwa kecepatan akan berubah.

Suatu gaya total yang diberikan pada sebuah benda mungkin menyebabkan lajunya bertambah.

Atau jika gaya total itu mempunyai arah yang berlawanan dengan

gerak, gaya tersebut akan memperkecil laju benda itu. Jika arah

gaya total yang bekerja berbeda dengan arah sebuah benda yang bergerak, maka arah kecepatannya akan berubah.

Karena perubahan laju atau kecepatan merupakan percepatan.

Sehingga dapat dikatakan bahwa gaya total menyebabkan percepatan.

Bentuk persamaan Hukum Gerak Newton Kedua

∑

m Dimana a = percepatan m = massa

= gaya total ΣF Persamaan vektor berikut berlaku pada semua kerangka acuan inersia

ΣF = ma

Dari hukum Newton kedua, gaya dapat lebih tepat didefinisikan sebagai

sebuah aksi yang bisa mempercepat sebuah benda.

F ( gaya )adalah vektor yang mempunyai besar dan arah.

SATUAN UNTUK MASSA dan GAYA

Sistem Massa Gaya ( termasuk berat) SI Kilogram ( kg ) Newton ( N ) ( = kg m/s ² ) cgs Gram ( g ) Dyne ( = g cm/s ² ) Inggris Slug Pound ( lb )

Hukum Gerak Newton Ketiga

Ketika suatu benda memberikan gaya pada

benda kedua, benda kedua tersebut

memberikan gaya yang sama besar tetapi

berlawanan arah terhadap benda yang Hukum ini terkadang dinyatakan sebagai

“untuk setiap aksi ada reaksi yang sama dan

berlawanan arah.” Tetapi gaya aksi dan gaya reaksi bekerja pada benda yang berbeda.

_{Pendorong roket dapat dijelaskan dengan} Sebagai contoh: _{hukum Newton ketiga} Pandangan umum yang salah ialah bahwa _{atau atmosfer.} _{keluar dari mesin mendorong tanah} _{roket dipercepat karena gas yang} _{Roket memberikan gaya yang besar pada} Yang sebenarnya ialah _{tersebut memberikan gaya yang sama} _{gas, sehingga gas keluar dan gas} _{Gaya inilah yang mendorong roket ke} dan berlawanan arah pada roket. _{Dengan demikian, sebuah pesawat ruang} depan. _{dengan arah percepatannya.} _{roketnya pada arah yang berlawanan} _{hampa udara dengan menembakkan} angkasa dikendalikan pada ruang

Dengan cara yang sama, seekor burung terbang ke depan dengan memberikan gaya pada udara, tetapi udara tersebut mendorong balik sayap burung yang mendorong burung itu ke depan.

Seseorang yang mulai berjalan dengan mendorong lantai pada kakinya. Lantai kemudian memberikan gaya balik yang sama dan berlawanan arah pada orang tersebut dan gaya pada orang itu, yang menggerakan orang tersebut ke depan.

Berat – Gaya Gravitasi; Gaya Normal Galileo menyatakan Bahwa benda – benda yang dijatuhkan di dekat permukaan bumi akan jatuh dengan percepatan yang sama, g, jika hambatan udara dapat diabaikan.

Gaya yang menyebabkan percepatan ini disebut gaya gravitasi.

Sekarang kita terapkan hukum Newton kedua untuk gaya gravitasi dan untuk percepatan, a, digunakan percepatan ke bawah yang disebabkan oleh gravitasi, g.

Dengan demikian, gaya gravitasi pada sebuah

benda, Fg, yang besarnya biasa disebut berat,

dapat ditulis sebagai

FG = mg Arah gaya ini ke bawah menuju pusat bumi. Dalam satuan SI, ₂ g = 9,80 m/s = 9,80 N/kg Sehingga berat benda yang massanya 1,00kg di bumi

₂

adalah 1,00 kg x 9,80 m/s = 9,80 N.

Berat benda di bumi, berbeda dengan di bulan, planet lainnya, atau pun di luar angkasa.

Contohnya, g di bulan seperenam di bumi, dan massa 1,0

kg hanya mempunyai berat 1,7 N.

Gaya gravitasi hanya bekerja pada sebuah benda ketika benda itu jatuh.

Ketika benda berada dalam keadaan diam di bumi, gaya gravitasi padanya tidak akan hilang.

(dapat dibuktikan dengan neraca pegas)

Dari hukum Newton yang kedua, gaya total

pada sebuah benda yang tetap diam adalah nol.

Pasti ada gaya lain yang pada benda tersebut untuk mengimbangi gaya gravitasi.

Eg. Untuk sebuah benda yang diam di atas meja, meja tersebut memberikan gaya ke atas.

Meja sedikit tertekan di bawah benda dan karena elastisitasnya meja itu mendorong benda ke atas .

Gaya yang diberikan oleh meja disebut

Gaya kontak, karena terjadi jika dua benda

bersentuhan.

Ketika gaya kontak tegak lurus, terhadap permukaan kontak, gaya itu disebut

Gaya normal

Dan diberi label

Penerapan Gesekan, Bidang Miring

Gesekan ada di antara dua permukaan benda padat tetapi di permukaan yang paling licin pun sebenarnya sangat kasar dalam skala mikroskopis.

Peluncuran sebuah benda melintasi suatu permukaan seringkali

tersentak karena adanya pembentukan dan pelepasan ikatan –

ikatan atom kimia, bahkan ketika benda berguling di atas suatu

permukaan tetap ada gesekan, yang disebut gesekan berguling,

Walaupun biasanya lebih kecil dari ketika benda meluncur melintasi permukaan.

Gesekan luncuran itu yang sering disebut, gesekan kinetik

Sebuah benda bergerak sepanjang permukaan yang kasar, gaya gesekan kinetik bekerja dengan berlawanan arah terhadap kecepatan benda.

Besar gaya gesek kinetik adalah bergantung pada jenis kedua permukaan yang bersentuhan.

Eksperimen menunjukkan bahwa gaya gesekan kira – kira sebanding dengan gaya normal atara kedua permukaan, yang merupakan

gaya yang diberikan benda – benda tersebut satu sama lain, dan

tegak lurus terhadap permukaan sentuhnya

Gesekan statik adalah gaya yang mengacu kepada gaya yang sejajar

dengan kedua permukaan dan bisa ada walaupun permukaan –

permukaan tersebut tidak meluncur satu sama lain.

Sebagai persamaan dengan memasukkan

konstanta pembanding µk fr k N

F = µ F k

µ = koefisien gesekan kinetik _fr F = besar gaya gesekan _N F = besar gaya normal

Untuk memecahkan masalah yang melibatkan gaya – gaya pada satu benda atau lebih, lebih baik menggambar diagram benda bebas untuk setiap benda, dengan menunjukkan semua gaya yang bekerja hanya pada benda tersebut.

Hukum Newton kedua dapat diterapkan untuk komponen – komponen vektor pada setiap benda.

Hubungan antara gaya dan gerak