Docstoc

04 Gaya dan Hukum Newton

Document Sample
04 Gaya dan Hukum Newton Powered By Docstoc
					Gaya Dan Hukum-Hukum
 Newton tentang Gerak
Konsep Gaya Dan Massa
                      Gaya
   Dalam penggunaan sehari-hari, gaya adalah gaya
    dorong dan gaya tarik
   Beberapa gaya berkenaan dengan gaya tidak-
    kontak atau gaya yang bekerja jarak jauh.
   Contoh gaya tidak kontak adalah seorang penerjun
    payung yang tertarik ke arah bumi karena adanya
    gaya gravitasi.
   Gaya merupakan kuantitas vektor yang berarti
    memiliki besar dan arah.
                 Massa
 Massa merupakan ukuran kuantitatif dari
  inersia suatu benda.
 Beberapa benda besar sukar untuk
  dipindahkan atau cukup sulit untuk
  menghentikannya ketika benda tersebut
  sedang bergerak.
 Massa merupakan kuantitas skalar.
          Massa Dan Gaya
 Pada abad ke tujuhbelas, Isaac Newton,
  mengembangkan pekerjaan yang
  ditinggalkan Galileo, merumuskan tiga
  hukum penting yang berkaitan dengan gaya
  dan massa.
 Kumpulan ketiganya dikenal dengan
  “Hukum-Hukum Newton tentang Gerak”
  dan memberikan dasar untuk mengetahui
  pengaruh gaya terhadap sebuah benda.
           Hukum I Newton

   Sebuah benda akan selalu dalam keadaan
    diam atau akan selalu bergerak dengan laju
    tetap sepanjang garis lurus, kecuali dipaksa
    untuk mengubah keadaannya dengan
    memberikan resultan gaya eksternal.
       Resultan gaya eksternal adalah
       jumlahan vektor dari semua gaya
       eksternal yang bekerja.
        Inersia Dan Massa

 Jumlah resultan gaya yang diperlukan untuk
  merubah kecepatan suatu benda berbeda
  satu dengan yang lainnya.
 Secara kuantitatif, inersia dari suatu benda
  dapat diukur melalui massa benda tersebut.
    Definisi Dari Inersia Dan
             Massa
 Inersia merupakan kecenderungan dasar
  dari sebuah benda untuk tetap dalam
  keadaan diam atau tetap bergerak dengan
  laju konstan sepanjang garis lurus.
 Massa merupakan ukuran kuantitatif dari
  inersia.
 Satuan SI dari Massa: : kilogram (kg)
 Massa and berat merupakan konsep yang
  berbeda.
      Applikasi dari inersia
Inersia memainkan peranan
penting dalam mekanisme
sabuk pengaman. Bagian
abu-abu dari gambar bekerja
apabila mobil dalam keadaan
diam atau bergerak dengan
kecepatan konstan. Bagian
yang berwarna dari gambar
menunjukkan yang terjadi
ketika mobil tiba-tiba
melambat, ketika kalau
terjadi kecelakaan.
     Kerangka Acuan Inersia
   DEFINISI
    Sebuah kerangka acuan inersia adalah
    kerangka acuan dimana hukum Newton
    berlaku.

   Percepatan dari kerangka acuan inersia
    adalah nol, sehingga kerangka acuan
    tersebut bergerak dengan kecepatan
    konstan.
    Kerangka Acuan Inersia

 Semua hukum Newton tentang gerak
  berlaku di kerangka acuan inersia dan
  ketika kita mengaplikasikan hukum
  tersebut, kita harus mengasumsikan bahwa
  kita bekerja di kerangka acuan tersebut.
 Dalam hal khusus, bumi sendiri merupakan
  aproksimasi yang bagus dari kerangka
  acuan inersia.
            Hukum II Newton
 Ketika resultan gaya eksternal F bekerja
  pada sebuah benda yang bermassa m,
  percepatan a muncul secara langsung
  berbanding lurus dengan gaya total dan
  memiliki besar yang berbanding terbalik
  dengan massa F = ma.
 Arah dari percepatan sama dengan arah dari
  resultan gaya.
   Satuan SI dari Gaya: kg·m/s2 = newton (N)
Hukum II Newton tentang Gerak


 Yang termasuk resultan gaya hanya gaya-
  gaya dari lingkungan yang mempengaruhi
  gerak benda.
 Gaya ini disebut dengan gaya eksternal.
Satuan Untuk Massa,
Percepatan, Dan Gaya
Contoh: Mendorong Mobil mogok
Dua orang sedang mendorong mobil yang mogok,
seperti gambar. Massa dari mobil adalah 1850 kg.
Orang pertama memberikan gaya 275 N kepada mobil
dan yang lainnya memberikan gaya sebesar 395 N.
Kedua gaya ini bekerja dengan arah yang sama. Gaya
ketiga 560 N juga bekerja pada mobil tetapi dengan
arah yang berlawanan dengan gaya yang diberikan
oleh kedua orang tadi. Gaya ini muncul akibat
gesekan yang bekerja berlawanan dengan gerak dari
roda. Tentukanlah percepatan dari mobil tersebut?
Contoh: Mendorong Mobil mogok
                Solusi
 Berdasarkan hukum II Newton, percepatan
  adalah resultan gaya dibagi dengan massa
  dari mobil.
 Untuk menentukan resultan gaya, gunakan
  diagram benda bebas pada gambar b. Pada
  diagram ini, mobil direpresentasikan
  sebagai benda titik, dan gerak mobil
  sepanjang sumbu +x.
                    Solusi
   Resultan gaya adalah:
         F  275  395  560  110 N
 Percepatan dapat ditentukan dengan:


           a  F   110  0,059 m/s
                m   1850
   Tanda plus menunjukkan bahwa percepatan
    berarah ke sumbu +x, searah dengan arah
    resultan gaya.
      Sifat Vektor dari Hukum II
       Newton tentang Gerak

   Resultan gaya F dalam hukum II Newton
    mempunyai komponen Fx and Fy, sehingga
    percepatan a juga mempunyai komponen ax and ay.

                      Fx  max
                      Fy  ma y
    Contoh: Penggunaan Hukum II Newton
     dengan menggunakan komponennya

   Seseorang kandas diatas rakit (massa dari orang
    dan rakit = 1300 kg) seperti pada gambar.
    Dengan menggunakan dayung, orang tersebut
    menyebabkan gaya rata-rata P sebesar 17 N
    bekerja pada rakit dengan arah timur (arah +x).
    Angin juga menyebabkan gaya sebesar A pada
    rakit. Gaya ini besarnya 15 N dan memiliki arah
    67° ke seperti gambar. Abaikan hambatan dari
    air, tentukan komponen x dan y dari percepatan
    rakit tersebut.
Contoh: Penggunaan Hukum II Newton
 dengan menggunakan komponennya
                 Solusi

   Komponen gaya:
                  Solusi
 Tanda plus menunjukkan bahwa Fx dalam
  arah sumbu +x dan Fy dalam arah sumbu
  +y.
 Komponen percepatan arah x dan y searah
  dengan arah Fx dan Fy, sehingga dapat
  dihitung dengan:

        ax   Fx   23  0,018 m/s 2
              m    1300
              Fy  14
        ay             0,011 m/s 2
              m    1300
Hukum III Newton tentang
          Gerak

Ketika benda pertama memberikan gaya
pada benda kedua, maka benda kedua akan
memberikan gaya yang besarnya sama
tetapi memiliki arah yang berbeda kepada
benda pertama tadi.
Contoh: Percepatan yang Dihasilkan Gaya
              Aksi Reaksi
Andaikan massa dari sebuah
pesawat angkasa dalam gambar di
samping adalah ms = 11.000 kg dan
massa dari astronot mA = 92 kg.
Asumsikan bahwa astronot
mengerjakan gaya P = + 36 N pada
pesawat. Tentukanlah percepatan
dari pesawat dan astronot tersebut.
                         Solusi
   Berdasarkan hukum III Newton, ketika astronot
    mengerjakan gaya P = +36 N kepada pesawat maka
    pesawat akan memberikan gaya reaksi –P=-36 N kepada
    astronot. Meskipun gaya aksi dan reaksi memiliki besar
    yang sama, tetapi astronot dan pesawat tersebut tidak
    memiliki percepatan yang sama besarnya, karena
    keduanya memiliki massa yang berbeda.
   Berdasarkan hukum II Newton, astronot yang memiliki
    massa lebih kecil akan mengalami percepatan yang lebih
    besar dibandingkan dengan pesawat.
   Dalam mengaplikasikan hukum II Newton, resultan gaya
    yang bekerja pada pesawat adalah F = P, dan resultan
    gaya yang bekerja pada astronot adalah F = -P.
                     Solusi
   Percepatan dari pesawat adalah:
                P    36
           aS           0,0033 m/s 2
                ms 11000

   Percepatan dari astronot adalah:
                  P  36
            aA           0,39 m/s 2
                 mA   92
Macam-macam Gaya
     Sekilas tentang Konsep
 Ketiga hukum Newton tentang gerak
  membuat jelas gaya yang berperan penting
  dalam gerak suatu benda.
 Konsep gaya yng paling penting adalah
  bahwa hukum II Newton selalu berlaku,
  tidak peduli gaya-gaya apa saja yang
  bekerja pada benda tsb.
      Gaya-Gaya Fundamental
                           Pada saat ini kita
                                 lebih
   Gaya Gravitasi          memfokuskan
   Gaya inti kuat         kepada gaya ini!
   Gaya inti lemah
   Gaya Elektromagnetik
 Hukum Newton tentang Gravitasi

 Setiap partikel di alam semesta ini
  menimbulkan suatu gaya tarik terhadap
  partikel lainnya.
 Untuk dua partikel yang memiliki massa m1
  dan m2 serta terpisah sejauh r, sehingga
  gaya yang dirasakan oleh partikel satu
  terhadap partikel lainnya diberikan oleh:
                     m1m2
                 F G 2
                      r
    Hukum Newton tentang Gravitasi


   Simbol G menyatakan konstanta gravitasi
    universal, G = 6.672 59 × 10-11 N·m2/kg2
   Nilai dari G pertama kali diukur dalam
    suatu eksperimen oleh ilmuwan Inggris
    Henry Cavendish (1731–1810), lebih dari
    seabad sesudah Newton menyatakan
    teorinya tentang gravitasi universal.
                Berat
 DEFINISI
  Berat sebuah benda di bumi
  disebabkan pengaruh gaya gravitasi
  bumi terhadap benda tersebut.
  Berat selalu mengarah ke bawah,
  menuju pusat dari bumi.
 SI Unit of Weight: newton (N)
              Hubungan antara
             Massa dengan Berat
   Massa adalah ukuran kuantitatif dari inersia suatu
    benda. Massa merupakan sifat intrinsik dari bahan
    dan tidak berubah apabila benda tersebut
    dipindahkan dari satu lokasi le lokasi yang lain.
   Berat adalah pengaruh bekerjanya gaya gravitasi
    terhadap sebuah benda dan dapat berubah-ubah,
    tergantung kepada berapa jauh benda tersebut
    berada di atas permukaan bumi.
              Hubungan antara
             Massa dengan Berat
   Hubungan antara berat W dan massa m dapat
    dituliskan sebagai berikut:
                        ME
                   W  G 2 m  mg
                        r
                        
                           g
   Berat suatu benda yang bermassa m bergantung
    kepada nilai dari konstanta gravitasi universal G,
    massa bumi ME dan jarak benda r.
   Nilai spesifik dari g = 9.80 m/s2 dipakai apabila
    jika jarak r sama dengan jari-jari bumi RE.
              Gaya Normal

   DEFINISI
    Gaya normal FN adalah sebuah komponen
    dari gaya yang bekerja pada suatu benda
    yang mengalami kontak dengan permukaan
    bidang, dinamakan seperti itu karena
    komponen ini tegak lurus pada permukaan.
               Gaya Normal
   Hukum III Newton, memainkan peranan
    penting dalam hubungan dengan gaya
    normal. Seperti pada gambar di depan,
    untuk sesaat, balok memberikan suatu gaya
    di atas meja dengan menekan meja tersebut
    ke bawah. Konsisten dengan hukum III
    Newton, maka meja akan memberikan gaya
    dengan arah berlawananyang memiliki
    besar yang sama kepada balok tersebut.
    Reaksi meja ini yang disebut sebagai gaya
    normal. Besarnya gaya normal menyatakan
    seberapa kuat dua buah benda menekan satu
    dengan lainnya.
             Gaya Normal
 Jika sebuah benda diam di atas permukaan
  horisontal dan tidak ada gaya vertikal yang
  bekerja, kecuali berat benda dan gaya
  normal, besarnya kedua gaya ini adalah
  sama, FN = W.
 Jika besarnya kedua gaya ini tidak sama,
  maka akan ada resultan gaya yang bekerja
  pada balok dan balok akan dipercepat ke
  atas maupun ke bawah, sesuai dengan
  hukum II Newton.
    Gaya Gesek Statik Dan Kinetik
 Ketika suatu benda bersentuhan dengan
  suatu permukaan, maka ada sebuah gaya
  yang bekerja pada benda tersebut.
 Jika gaya yang tegak lurus permukaan
  dikenal dengan gaya normal, ketika benda
  bergerak, maka ada gaya yang bekerja
  sejajar dengan permukaan, gaya ini dikenal
  sebagai gaya gesek atau gesekan.
          Gaya Gesek Statik
 DEFINISI
  Besarnya fs gaya gesek statik dapat
  memiliki nilai antara nol samapi dengan
  nilai maksimum       fsMAX, bergantung
  kepada besarnya gaya yang bekerja.
 Dengan kata lain fs  fsMAX.
                 fsMAX = msFN
  dengan ms adalah koefisien gesekan statik
  dan FN adalah besarnya gaya normal.
           Gaya Gesek Kinetik
   Besarnya fk yang merupakan gaya gesek
    kinetik diberikan oleh:
                      fk = mkFN
    dengan
     mk adalah koefisien gesek kinetik dan FN
    adalah besarnya gaya normal.
         Gaya Tegangan Tali

 Gaya biasanya dikerjakan pada sebuah
  kabel atau tali untuk menarik suatu benda
  (seperti gambar).
 Biasanya massa tali diabaikan (m = 0)
Applet tentang Hukum Newton

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:5320
posted:4/3/2010
language:Indonesian
pages:44