MAKALAH

MAKALAHMateri Fisika Dasar I

Ketsya Debora Lenak13 530 001ILMU KIMIA

Kata PengantarMakalah ini dibuat untuk melengkapi tugas pada mata kuliah Fisika Dasar 1. Menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam makalah ini,

Daftar Isi

Kata Pengantar

Daftar IsiBAB IMATERIAPENGUKURAN1.1 Besaran-Besaran Fisis, Standar dan Satuan1.2 Sistem Satuan Internasional

B.VEKTOR2.1 Vektor dan Skalar2.2 Penjumlahan Vektora. Metode Geometrisb. Metode Analitik2.3 Perkalian Vektor

CKINEMATIKA 3.1 Gerak Dalam Satu Dimensia. Kecepatan Rata-Ratab. Kecepatan Sesaatc. Gerak Satu Dimensi Kecepatan Berubahd. Percepatane. Gerak Satu Dimensi Percepatan Berubahf. Gerak Satu Dimensi Percepatan Konstan3.2 Gerak Dalam Bidang Datara. Pergeseran, Kecepatan dan Percepatanb. Gerak Dalam Bidang Datar Dengan Percepatan Konstanc. Gerak Pelurud. Percepatan Tangensial Dalam Gerak Melingkare. Percepatan dan Kecepatan Relatif

DDINAMIKA PARTIKEL I 4.1 Hukum Newton4.2 Aplikasi Hukum Newtona. Hukum Newton 1 Gaya Mempengaruhi Gerak Benda Gaya Kontak / Sentuhb. Hukum Newton 2 Gaya Menimbulkan Percepatan Gaya Berat Aplikasi Hukum II Newton pada beberapa Sistem Benda Benda pada bidang miring Sistem Katrol Pada Benda yang Bergerak Melingkar Beraturana. Hukum Newton 3

BAB IISOAL DAN PEMBAHASANA. PENGUKURANB. VEKTORC. KINEMATIKAD. DINAMIKA PARTIKEL IBAB IIIKESIMPULAN

Daftar Pustaka

BAB IMATERIA. PENGUKURAN DASAR

1.1 Besaran-Besaran Fisis, Standard dan SatuanPembentuk utama fisiska adalah besaran-besaran fisis yang dipakai untuk menyatakan hukum-hukum fisika, misalnya: panjang, massa, waktu, gaya, kecepatan, kerapatan, resistivitas, temperatur, intensitas cahaya dan sebagainya.

1.2 Sistem Satuan Internasional Konferensi Umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14 (1971), berdasarkan hasil-hasil pertemuan sebelumnya dan hasil-hasil panitia internasional, menetapkan tujuh besaran sebagai dasar. Ketujuh besaran ditunjukkan dalam Tabel 1.1 dan merupakan dasar bagi Sistem Satuan Internasional (SI) serta biasa disebut dengan besaran pokok.Tabel 1.1 Satuan-Satuan Dasar SIBesaranNamaSimbol

Panjangmeterm

Massakilogramkg

Waktusekons

Arus ListrikampereA

TemperaturkelvinK

Jumlah Zatmolemol

Intensitas Cahayacandelacd

Seringkali besaran fisis seperti jari-jari bumi, atau selang waktu antara dua kejadian nuklir dalam satuan SI (dasar maupun turunan), dijumpai bilangan-bilangan sangat besar atau sangat kecil. Dibuat lebih sederhana, Konvensi Umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14, juga berdasarkan hasil sebelumnya, menganjurkan penggunaan awalan yang diberikan Tabel 1.2.Tabel 1.2 Awalan-Awalan SIFaktorAwalanSimbolFaktorAwalanSimbol

101Deka (deca)da10-1Desi (deci)d

102Hekto (hecto)h10-2Senti (centi)c

103Kilok10-3Mili (milli)m

106MegaM10-6Mikro (micro)

109GigaG10-9Nanon

1012TeraT10-12Piko (pico)p

1015PetaP10-15Femtof

1018eksaE10-18attoa

Selain besaran pokok, terdapat pula besaran turunan yang merupakan turunan dari besaran pokok Tabel 1.3 Besaran TurunanBesaranRumusSatuan InternasionalDimensi

Kecepatanms[LT-1]

Percepatana=stms2[LT-2]

GayaF=m.akg.ms2/ (Newton)[MLT-2]

UsahaW=F.skg.m2s2/ (Joule)[ML2T-2]

DayaP=Wtkg.m2s3/ (Watt)[ML2T-3]

TekananP=FAkgm.s2/ (Pascal)[ML-1T-2]

Energi KinetikEk=12m.v2kg.m2s2/ (Joule)[ML2T-2]

Energi PotensialEp=m.g.hkg.m2s2/ (Joule)[ML2T-2]

MomentumM=m.vkg.ms[MLT-1]

Impulsi=F.tkg.ms[MLT-1]

Massa Jenis=mVkgm3[ML-3]

Berat Jeniss=wVkgm2s2[ML-2T-2]

Konstanta Pegask=Fxkgs2[MT-2]

Konstanta GravitasiG=F.r2M1.M2m3kg.s2[M-1L3T-2]

GravitasiG=Fmms2[LT-2]

Konstanta GasR=P.Vn.Tkg.m2s2.mol1.K[ML2T-2N-1-1]

B. VEKTOR2.4 Vektor dan Skalar

Perubahan posisi suatu partikel disebut pergeseran (displacement). Pergeseran dicirikan oleh panjang dan arahnya. Besaran-besaran yang memiliki sifat pergeseran disebut vektor. Jadi, vector adalah besaran-besaran yang memiliki besar (maknitude) dan arah yang memenuhi aturan-aturan penjumlahan tertentu. Vector pergeseran hanya contoh saja; besaran-besaran fisis yang juga merupakan vector: gaya, kecepatan, percepatan, medan listrik dan medan maknet. Besaran yang dapat dinyatakan secara tepat hanya oleh sebuah bilangan dan satuannya saja disebut skalar. Beberapa besaran fisis yang merupakan scalar adalah massa, panjang, waktu, massa jenis, tenaga dan suhu. Perhitungan scalar dilakukan dengan menggunakan aturan aljabar biasa. 2.5 Penjumlahan Vektora. GeometrisAturan yang harus diikuti dalam menjumlahkan vector secara geometris adalah sebagai berikut : Pada diagram yang telah disesuaikan skalarnya, mula-mula diletakkan vector pergeseran a Kemudian gambarkan vector b dengan pangkalnya terletak pada ujung a Tarik garis pangkal a ke ujung yang menyatakan vector hasil penjumlahan rHukum komutatif untuk penjumlahan vector yang menyatakan bahwa a + b = b + a(1)dand + (e+f) = (d+e) + f(2)

Kedua hukum ini menyatakan bahwa bafaimanapun urutan atau pengelompokan vector dalam penjumlahan, hasil tidak akan berbeda. Dalam hal ini, penjumlahan vector dan penjumlahan scalar memenuhi aturan yang sama.Operasi pengurangan vector dapat dimasukkan dalam aljabar dengan mendefinisikan negative suatu vector sebagai sebuah vector lain yang besarnya sama, tetapi arahnya berlawanan. a-b = a + (-b)(3)b. Metode Analitik Cara lain untuk menjumlahkan vector adalah menggunakan metode analitik termasuk penguraian vector dengan komponen-komponennya dalam suatu system koordinat tertentu. Sebuah vector dapat memiliki banyah komponen, misalnya saja bila sumbu x dan y berlawanan arah jarum jam, maka komponen a akan berbeda. Komponen dan dapat diperoleh dari : dan (4) adalah sudut yang dibentuk vector dengan sumbu x positifnya diukur berlawanan arah dengan jarum jam. Dua bilangan (besar vektor) dan (arah vector relative terhadap sumbu diperoleh dua bilangan . Untuk memperoleh dan dari , maka :(5)(6)Kuadran tempat ditentukan oleh tanda dari . (7)dengan adalah vector satuan dengan arah a. dalam system koordinat siku-siku biasanya digunakan lambing khusus i, j dan k menyatakan vector satuan arahn sumbu x, y dan z positif berturut-turut.Vector dituliskan dalam komponen dan vector satuan sebagai(8)DanDitinjau dari penjumlahan vector secara analitis, misaljkan r adalah jumlah dari dua buah vector a dan b yang terletak pada bidang x-yr = a + b(9)suatu system koordinat dua vector seperti r dan a + b akan sama jika komponen-komponen sama, yaitu(10a)Dan(10b)Persamaan ini setara dengan satu persamaan vector (9). Dari persamaan (6) dapat pula dihitung r dan sudut yang dibentuk r ngan sumbu xDan 2.6 Perkalian VektorAda tiga macam perkalian antar vector, yaitu : (1) perkalian antara vector dengan scalar, (2) perkalian antara dua vector dengan hasil skalar (3) perkalian antar dua vector dengan hasil vector yang lainApabila suatu besaran vector dikalikan dengan besaran vector lain, harus dibedakan antar perkalian scalar dan perkalian vector. Perkalian scalar antara vector a dan b, ditliskan sebagai a.b dan didefinisikan sebagaia.b = ab cos dengan a adalah besar vector a, b adalah besar vector b dan adalah cosines sudut (yang kecil) antara dua vektor.

Perkalian vector antara dua vector a dan b dituliskan sebagai a x b dan hasilnya adalah sebuah vector lain c, dengan c = a x b. Besar vector c didefinisikan sebagai c = ab sin dengan adalah sudut (terkecil) di antara a dan b.

Perkalian scalar (dot) adalah perkalian yang paling sederhana antara dua vector.

C. KINEMATIKA3.1 Gerak Dalam Satu Dimensia. Kecepatan Rata-RataKecepatan partikel adalah laju (rate) perubahan posisi terhadap waktu.Vector pergeseran yang menyatakan perubahan posisi partikel berpindah dari A ke B adalah r = r2 r1 ) dan selang waktu untuk gerak diantara kedua titik ini adalah t (= t2 t1 ). Kecepatan rata-rata ( average velocity ) partikel dalam selang waktu ini didefinisikan sebagai1Tanda garis di atas lambing besaran menyatakan harga rata-rata besaran tersebut.Besaran adalah vector dan diperoleh dengan membagi vector r oleh scalar t. Karena itu, pengertian kecepatan mencakup baik besar maupun arah.

b. Kecepatan SesaatMenentukan kecepatan partikel pada suatu saat sembarang, disebut sebagai kecepatan sesaat.Perubahan kecepatan dapat ditimbulkan oleh perubahan besarnya, atau perubahan arahnya, atau kedua-duanya. Untuk gerak yang ditunjukkan dalam gambar 3-2a, kecepatan rata-rata dalam selang waktu t2 - t2 mungkin berbeda baik besar maupun arahnya dengan kecepatan rata-rata dalam yang selang yang lain t2' t1 dalam gambar 3-2b hal ini diperlihatkan dengan memilih titik B berturut-turut semakin dekat ke titik A. Titik B dan B menunjukkan dua keadaan-antara pada saat t2 dan t2 yang masing-masing dinyatakan oleh vector posisi dan . Vector pergeseran dan arahnya berbeda dan semakin pendek, demikian pula selang waktunya menjadi semakin kecil.Harga limit disebut sebagai kecepatan sesaat. Jika adalah pergeseran dalam selang waktu setelah saat t, maka kecepatan saat t adalah limit harga limit yang didekati oleh jika dan keduanya menuju nol. Jadi jika v menyatakan kecepatan sesaat, kita tuliskan Arah dari v adalah arah limit yang didekati oleh jika B mendekati A atau jika menuju nol.Dalam notasi kalkulus, harga limit jika menuju nol dituliskan sebagai dan disebut sebagai turunan (derivative) r terhadap t. Dengan demikian kita peroleh 2Besar kecepatan sesaat v disebut sebagai laju (speed) dan secara sederhana diartikan sebagai harga mutlak dari v, yaitu 3Laju, yang adalah besar suatu vector, jelas berharga positif.

c. Gerak Satu Dimensi Kecepatan BerubahKecepatan v, yang menyinggung lintasan. Dapat kita tuliskan 4dengan i dan j adalah vector satuan dalam arah -positif dan -positif, dan dan adalah komponen (scalar) dari vector r. Karena i dan j dalah vector konstan, maka dengan menggabungkan persamaan 3-2 dan 2-4, yang dapat dinyatakan sebagai (gerak dua dimensi)5dengan () dan () dalah komponen (scalar dari vector v)Bila sekarang kita hanya meninjau gerak satu dimensi saja, misalkan dalam arah sumbu , maka haruslah sehingga persamaan 3-5 menjadi (gerak satu dimensi)6Karena i mengarah ke sumbu -positif, maka akan berharga positif (dan sama dengan +v) jika v mengarah ke sana; sebaliknya jika v mengarah kea rah yang berlawanan berharga negative dan sama dengan v. Jadi karena dalam gerak satu dimensi hanya ada dua pilihan, seperti halnya arah v, kita tidak memerlukan sifat vector sepenuhnya, cukup menggunakan komponen (scalar) kecepatan saja.

Yang berlaku untuk hal umum dalam dimensi tiga, adalah Untuk gerak satu dimensi sepanjang sumbu-x, kita peroleh hubungan yang serupa, tetapi bersifat saklar, yaitu dengan menggantikan besaran vector yang bersangkutan dengan komponennya, yaitu 7

d. PercepatanPercepatan sebuah partikel adalah laju (rate) perubahan kecepatan terhadap waktu. Percepatan rata-rata selama gerak dari A ke B didefinisikan sebagai perubahan kecepatan dibagi dengan selang waktunya, yaitu 8Besaran adalah vector, karena diperoleh dari pembagian sebuah vector dengan scalar . Jadi percepatan juga ditentukan oleh besar dan arah. Arahnya sama dengan arah dan besarnya adalah . Besar percepatan ini dinyatakan dalam satuan kecepatan dibagi oleh satuan waktu, misalnya meter per detik-per-detik (ditulis ) dan dibaca meter perdetik kuadrat, , dan .Besaran pada persamaan 3.8 disebut percepatan rata-rata karena tidak diceritakan apa-apa tentang perubahan kecepatan terhadap waktu dalam selang , yang diketahui hanyalah perubahan kecepatan netto dan selang waktu totalnya. Jika perubahan kecepatan (vector) dibagi oleh selang waktunya, , ternyata konstan, tidak bergantung pada selang waktu pengukuran percepatan, maka kita peroleh percepatan konstan.Percepatan sesaat didefiniskan sebagai 9Percepatan partikel pada saat t adalah harga limit pada saat t untuk dan yang menuju nol. Arah dari percepatan sesaat a adalah arah limit dari perubahan vector kecepatan . Besar percepatan sesaat adalah .

e. Gerak Satu Dimensi Percepatan BerubahDari persamaan 3.5 dan 3.9, untuk gerak dua dimensi dapat kita tuliskan,atau 10Dengan () dan () adalah komponen (scalar) dari vector percepatan a.

f. Gerak Satu Dimensi Percepatan KonstanMisalkan kita batasi pembahasan, bukan saja geraknya satu dimensi (sumbu x), tetapi juga percepatan konstan. Untuk percepatan konstan, percepatan rata-rata dalam sembarang selang waktu selalu sama dengan percepatan sesaat (konstan). Misalkan dan adalah sembarang waktu t. Misalkan juga adalah pada dan adalah harganya pada sembarang saat t. Dengan notasi ini, dapat kita tuliskan (lihat persamaan 3.8) sebagai 11atau 12Persamaan ini menyatakan bahwa kecepatan pada saat t adalah jumlah dari harganya pada , yaitu , dengan perubahan kecepatan selama selang waktu t, yaitu .Jadi harga kecepatan rata-rata antara dan dapat dituliskan sebagai 13Jika posisi partikel pada adalah , maka posisi x pada dapat diperoleh dari yang bila digabungkan dengan persamaan 3.13 menghasilkan 14Pergeseran karena gerak dalam selang waktu t adalah . Seringkali titik asal dipilih agar .Jika dieliminasi dengan memasukkan harga dari persamaan 3.12 ke dalam persamaan 3.14, kita peroleh 15dan jika persamaan 3.12 dipecahkan untuk t lalu harga t ini dimasukkan kedalam persamaan 3.14, maka didapatkan 16g. Persamaan Gerak untuk Jatuh Bebas Persamaan gerak dengan percepatan tetap dapat diterapkan disini, tinggal menggantikan x dengan y dan mengambil dalam persamaan 3.12, 3.14, 3.15, dan 3.16, maka diperoleh 17dan untuk persoalan jatuh bebas diambil g, dengan g adalah besar percepatan gravitasi. Perhatikan bahwa di sini telah dipilih posisi awal pada titik asal, maksudnya pada dipilih .3.2 Gerak Dalam Bidang Datara. Pergeseran, Kecepatan dan PercepatanPosisinya atau pergeserannya dari titik asal, dinyatakan oleh vector r; kecepatannya ditunjukkan oleh vector v yang menyinggung lintasan partikel. Percepatan ditunjukkan oleh vector a;.Vektor r, v, dan a saling berhubungan dan dapat dinyatakan dalam komponen-komponennya dengan menggunakan notasi vector satuan, yaitu 18 19dan 20

b. Gerak Dalam Bidang Datar Dengan Percepatan KonstanPersamaan umum untuk gerak dalam bidang datar dengan percepatan konstan a dapat diperoleh secara mudah dengan mengambil dan Persamaan gerak dapat juga dinyatakan dalam bentuk vektor, maka akan diperoleh Besaran pertama dalam kurungan adalah vektor kecepatan awal dan yang kedua adalah vektor percepatan a. Dengan demikian hubungan vector 21aSecara sederhana dan kompak persamaan tersebut menyatakan bahwa kecepatan v pada saat t adalah jumlah dari kecepatan awal , yaitu kecepatan partikel bila tidak ada percepatan, dengan perubahan kecepatan at, yaitu perubahan kecepatan yang diperoleh selama selang waktu t akibat percepatan konstan a. 21b

c. Gerak PeluruGerak peluru adalah gerak dengan percepatan konstan g yang berarah kebawah, dan tidak ada komponen percepatan dalam arah horizontal. Salah satu gerak dua dimensi yang paling popular bagi kita adalah gerak peluru. Peluru yang ditembakkan dengan kecepatan awal membentuk sudut elevasi tertentu terhadap sumbu datar akan mengambil lintasan seperti pada Gambar c.

Gambar c (kiri) Lintasan benda yang ditembakkan dengan membentuk sudut elevasi tertentu, dan (kanan) komponen-komponen kecepatan benda selama bergerak Selama benda bergerak: i. Benda mendapat percepatan gravitasi dalam arah vertikal ke bawah. ii. Tidak ada percepatan dalam arah horisontal. iii. Kecepatan awal benda membentuk sudut terhadap arah horisontal

Dari sifat-sifat tersebut kita dapat menulis 2223Kerana merupakan gerak dengan percepatan konstan maka i. Kecepatan benda tiap saat memenuhi persamaan, yaitu 24ii. Posisi benda tiap saat memenuhi persamaan, yaitu 25

Persamaan (2.3) dan (2.4) dapat pula diuraikan atas komponen-komponen kecepatan maupun komponen-komponen posisi dalam arah sumbu x maupun y. Dari persamaan (2.3) kita dapatkan komponen-komponen kecepatan sebagai berikut 26a 26bDari persamaan (2.4) kita dapatkan komponen-komponen posisi sebagai berikut 27a 27b

d. Percepatan Tangensial Dalam Gerak MelingkarGerak melingkar beraturan adalah gerak dengan lintasan berbentuk lingkaran dan kelajuan konstan. Walau kelajuannya konstan, tetapi vektor kecepatannya berubah, yaitu berubah arahnya. Kita tinjau suau partikel bergerak melingkar dengan jejari lintasan lingkarannya r. Lihat gambar di bawah ini Dari gambar di atas, untuk selang waktu t, partikel yang bergerak melingkar telah menempuh jarak sejauh

28

denganadalah sudut dalam satuan radian. Dalam selang waktu tersebut, karena vektor kecepatan selalu tegak lurus terhadap jejari lingkaran, arah vektor kecepatan juga sudah berubah sebesar (lihat gambar),Sehingga untuk selang waktu yang cukup kecil, 29

Dengan mengeliminasi dari pers. (4.12) dan (4.13), diperoleh

30

atau, dengan membagi kedua ruas dengan t, akan didapatkan percepatan.

31

Arah percepatannya searah dengan arah perubahan kecepatan , untukt yang sangat kecil, akan tegak lurus terhadap arah kecepatan mengarah ke pusat lingkaran. Percepatan ini disebut sebagai percepatan sentripetal, dengan besar yang konstan dan selalu mengarah ke pusat lingkaran.Untuk gerak melingkar dengan kelajuan yang tidak konstan, dapat dianalisa dengan menuliskan vektor kecepatan sebagai = v, dengan adalah vektor satuan searah dengan arah kecepatan, dan menyinggung (tangensial terhadap) lintasan. Dengan menderivatifkan vektor kecepatan ini, diperoleh

32

suku pertama disebut sebagai suku percepatan tangensial 33

sedangkan pada suku kedua,

34

denganadalah vektor satuan arah radial. Maka suku kedua ini tidak lainadalah percepatan radial atau sentripetal.

35

e. Percepatan dan Kecepatan RelatifKetika menganalisa gerak suatu partikel, kita meninjaunya relatif terhadap suatu titik acuan dan sistem koordinat tertentu, yang secara bersama-sama disebut sebagai kerangka acuan. Besaran-besaran gerak partikel tersebut, seperti posisi, kecepatan dan percepatan dapat bernilai berbeda bila dilihat dari kerangka acuan yang berbeda. Dalam analisa ini, kita memakai pendekatan klasik di mana waktu dianggap sama di semua kerangka acuan. Ditinjau misalnya suatu kerangka acuan Adan kerangka acuan kedua B. Posisi titik asal B dlihat dari titik asal A, diberikan oleh vektor BA(t). Posisi sebuah partikel C menurut kerangka A dan B secara berturutan adalah (t + t). Vektor perubahan posisinya adalah 36Dari persamaan ini, dengan derivatif terhadap waktu, diperoleh hubungan kecepatan partikel menurut Adan B

37

Atau

38

Denganadalah kecepatan partikel C dilihat dari kerangka B, adalah kecepatan partikel C dilihat dari kerangka A, dan adalah kecepatan kerangkaB dilihat dari kerangka A. Dari pers. (4.22), dengan menderivatifkannya terhadap waktu, diperoleh hubungan percepatan partikel menurut A dan B

39Atau 40

denganadalah kecepatan partikel C dilihat dari kerangka B, adalah kecepatan partikel C dilihat dari kerangka A, dan adalah kecepatan kerangka B dilihat dari kerangka A.

D. DDINAMIKA4.1 Hukum NewtonNewton merumuskan hukum-hukum gerak yang sangat luar biasa. Newton menemukan bahwa semua persoalah gerak di alam semesta dapat diterangkan dengan hanya tiga hukum yang sederhana.

Hukum Newton I Semua benda cenderung mempertahankan keadaannya: benda yang diam tetap diam dan benda yang bergerak, tetap bergerak dengan kecepatan konstant .1Hukum Newton II Sebelum mengungkapkan hokum Newton II mari kita definisikan besaran yang namanya momentum yang merupakan perkalian dari massa dan kecepatan, yaitu 2dengan momentum, m massa, dan kecepatan. Hukum Newton II menyatakan bahwa laju perubahan momentum benda sama dengan gaya yang bekerja pada benda tersebut3atau 4Khusus untuk benda yang tidak mengalami perubahan massa selama bergerak maka sehingga 5Persamaan 3 atau 4 merupakan hukum II Newton dalam bentuk umum. Ke dua persamaan tersebut diterapkan untuk kasus massa benda berubah-ubah selama gerak atau tidak berubah. Massa benda yang berubah selama gerak dijumpai pada roket atau benda yang bergerak mendekati laju cahaya efek relativitas sudah mulai muncul. Pada kecepatan tersebut massa benda bergantung pada kecepatanya. Untuk kondisi di mana massa benda tidak berubah terhadap waktu, maka persamaan 5 dapat langsung diterapkan.

Hukum Newton III Hukum ini mengungkapkan keberadaan gaya reaksi yang sama besar dengan gaya aksi, tetapi berlawanan arah. Jika benda pertama melakukan gaya pada benda kedua (gaya aksi), maka benda kedua melakukan gaya yang sama besar pada benda pertama tetapi arahnya berlawanan (gaya reaksi) Jika kamu mendorong dinding dengan tangan, maka pada saat bersamaan dinding mendorong tanganmu dengan gaya yang sama tetapi berlawanan arah. Bumi menarik tubuh kamu dengan gaya yang sama dengan berat tubuhmu, maka pada saat bersamaan tubuh kamu juga menarik bumi dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah. 6

4.2 Aplikasi Hukum Newtonc. Hukum Newton 1 Gaya Mempengaruhi Gerak BendaEnergi diperlukan untuk mengerjakan gaya pada benda. Kemudian gaya akanmempengaruhi gerakan benda.

Penyebab benda bergerak ialah energi. Gaya hanya akan mempengaruhi gerak benda.

Ada beberapa pengaruh gaya pada benda bila gaya bekerja pada suatu bendamaka:1. Gaya akan mengubah kecepatan benda dari diam menjadi bergerak, dari bergerak lalu berhenti.

Gambar 4.1 Mobil mogok ditolak sampai bergerak2. Gaya dapat mengubah arah gerak benda, misalnya ditunjukkan oleh gambar 4.2 berikut:

Gambar 4.2 Bola ditendang dari sisi gawang lalu disundul kea rah 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.4. Gaya dapat mempengaruhi ukuran sebuah benda, karet jika ditarik akan bertambah panjang, sedangkan pegas jika ditekan akan bertambah pendek.

Gambar diatas menunjukkan 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-peristiwaseperti di atas, dan selanjutnya disebut dengan Hukum I Newton, yang berbunyi:

Suatu benda akan tetap diam atau tetap bergerak lurus beraturan jika jumlahseluruh gaya pada benda sama dengan nol.Hukum di atas dituliskan:7 Gaya Kontak / Sentuh Gaya NormalGaya normal adalah gaya kontak yang kedudukannya tegak lurus bidang kontak dan arahnya menjauhi bidang kontak. Gambar memperlihatkan gaya normal sebagai gaya kontak.

Gambar 4.4 Gaya normal tegak lurus bidang kontak.Perhatikan baik-baik gambar dan lihat bahwa titik tangkap gaya normal (N) selalu terletak pada bidang kontak. Gaya GesekGaya Gesekan adalah gaya kontak yang kedudukannya berimpit dengan bidang kontak dan arahnya berlawanan dengan kecenderungan arah gerak benda. Ada dua jenis koefisien gesekan, koefisien gesekan statis s, yang terkait dengan benda yangdiam dan koefisien gesekan kinetik k, untuk benda yang bergerak. Gaya gesekan kinetik fk selalu berlawanan arah dengan arah gerak benda, dan besarnya dirumuskan sebagaifk= kN 8Sedangkan gesekan statik selalu berlawanan arah dengan arah gaya yang berusaha menggerakkan benda, dan besarnya dirumuskan sebagaifs= sN9

d. Hukum Newton 2 Gaya Berat

Gambar 4.5 Kedudukan Gaya Berat.Berdasarkan Hukum II Newton, berat benda dirumuskan: 10dimana: w = gaya gravitasi bumi pada benda atau berat benda dalam Newtonm= massa benda, dalam kgg= percepatan gravitasi bumi yang besarnya 9,8 ms-2 kadang-kadang untuk memudahkan dibulatkan menjadi 10 ms-2 Aplikasi Hukum II Newton pada beberapa Sistem Benda Benda pada bidang miringBenda pada bidang miring yang licin apabila sebuah benda diletakkan di puncak bidang miring yang licin, maka benda tersebut akan meluncur turun. Saat bergerak turun benda mengalami percepatan gravitasisehingga kecepatannya makin lama makin besar.Diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda, diperlihatkan oleh gambar berikut:

Gambar 4.6(a) beban m di atas bidang miring licin(b) diagram gaya pada beban m

Menurut Hukum II Newton percepatan ditimbulkan oleh resultan gaya yang bekerja dan searah dengan arah geraknya. Maka dari gambar di atas diperoleh11 merupakan komponen gaya berat pada bidang miring, yang membuat benda mengalami percepatan.

Percepatan benda sepanjang bidang miring adalah:ma = ataua = ( dibaca teta)dengan g = percepatan gravitasi= sudut kemiringan bidang Sistem KatrolSystem katrol terdiri atas katrol, tali dan benda.

Dari gambar diatas, tampak bahwa T adalah gaya tegangan tali ringan melalui katrol. sesuai dengan Hukum II Newton. Pada beban m1 berlaku

(arah gerak naik) pada beban m2 berlaku: atau (arah gerak turun)

Jika gaya-gaya pada m1 dan m2 digabung, akan didapatkan

Sehingga 12e. Hukum Newton 3

Gambar 4.7 Amir mendorong dindingPada gambar tersebut, Amir mendorong dinding dengan gaya F. Apa yang dirasakanoleh Amir? Amir merasa bahwa tangannya didorong oleh dinding dengan gaya F1.

Gaya F1 disebut gaya reaksi karena gaya ini timbul setelah F dikerjakan pada tembok.Jadi F adalah gaya yang dikerjakan Amir pada tembok dan F1 adalahgaya yangdikerjakan tembok pada Amir.

Newton menjelaskan peristiwa ini dengan pernyataan:Jika benda A mengerjakan gaya pada benda B (gaya aksi FAB), maka benda B akan mengerjakan gaya pada benda A (gaya reaksi, FBA)Ini disebut Hukum III Newton. Pernyatan matematisnya ialah:

`13

Rumusan matematis ini merupakan persamaan karena selama mendorong, tembok tidak bergerak atau sistem diam.

Dari uraian di atas dapat disimpulkan syarat-syarat gaya aksi reaksi yaitu:1. Arahnya berlawanan.2. Besarnya sama (karena sistem diam).3. Bekerja pada benda yang berbeda (FAB pada tembok dan FBA pada Amir)

Hal penting lainnya yang perlu Anda perhatikan dari pasangan gaya aksi-reaksiialah titik tangkap Gaya FAB dan FBA.

Dari gambar 4.7 nampak bahwa titik tangkap FAB dan FBA berimpit di titik P padabidang sentuh. Ini berarti bahwa gaya aksi-reaksi juga merupakan gaya kontak.Jadi:

Gaya aksi-reaksi termasuk gaya kontak

Berbagai percobaan menunjukkan bahwa ketika dua benda bersentuhan, dua buahgaya yang mereka berikan satu sama lain selalu memiliki besar yang sama danarahnya berlawanan.

Tetapi Hukum III Newton juga menjelaskan gaya-gaya yang titik tangkapnya berbeda.Gaya-gaya demikian disebut gaya jarak jauh.

Contohnya ialah gaya berat benda (w) dan gaya gravitasi bumi (Fg) yang diperlihatkanpada gambar 3.2. berikut:

Gambar 4.8.Gaya aksi-reaksi pada gaya-gaya jarak jauh.

Sebuah bola besi diletakkan di atas meja. Gaya kontak yang terjadi antara bola besi dan meja adalah gaya normal N sebagai gaya reaksi, dan N1 adalah gaya aksi. Karena bola besi memberikan gaya tekan pada meja.Jadi :14Tetapi bola besi memiliki berat w yang ditimbulkan oleh gravitasi bumi. Ini berarti bumi mengerjakan gaya aksi pada bola besi yaitu gaya w, maka bola besi juga mengerjakan gaya pada bumi yaitu w1. Jadi w gaya aksi dan w1 gaya reaksi.Ditulis:15Perhatikan bahwa titik tangkap gaya w pada bola besi dan titik tangkap gaya w1 pada bumi. w dan w1 merupakan pasangan gaya aksi-reaksi dari gaya jarak jauh.

Contoh lain gaya aksi-reaksi jarak jauh dalam kejadian sehari-hari adalah: Gaya tarik menarik kutub Utara dengan kutub Selatan magnet; Gaya tarik menarik bumi dengan bulan; Gaya tolak menolak antara muatan listrik muatan positif dengan muatan positif, muatan negatif dengan muatan negatif.

Beban yang beratnya w, digantungkan pada penumpu O melalui tali, akibatnya tali menegang, pada tali bekerja gaya yang disebut gaya tegangan tali, biasanya diberi simbol T.

Gaya-gaya yang bekerja pada beban adalah T, sebagai tarikan tali terhadap beban, dan w berat beban itu sendiri sebagai tarikan bumi. Karena beban diam, maka pada beban berlaku T1 w = 0, atau:

T1 = w16

Interaksi dua benda terjadi antara beban dengan tali. Beban disangga oleh tali, tali menarik beban dengan gaya T, sebagai reaksinya beban menarik tali dengan gaya T2 yang besarnya sama dengan T1 arahnya berlawanan dengan T1.

Jadi T1 dan T2 merupakan pasangan gaya aksi-reaksi kontak.

Interaksi dua benda juga terjadi antara penumpu O dengan tali, karena tali disangga oleh penumpu O, tali ditarik oleh penumpu dengan gaya T3. Sebagai reaksinya, tali menarik penumpu O dengan gaya T4 yang besarnya sama dengan T3, arahnya berlawanan dengan T3.

Jadi T3 dan T4 merupakan pasangan aksi-reaksi kontak. Tetapi T3 disebabkan oleh berat benda sehingga T3 dan W merupakan pasangan gaya aksi-reaksi jarak jauh.

BAB IISOAL DAN PEMBAHASAN

BAB IIIKESIMPULAN

Daftar Pustaka

Abdullah . Fisika Dasar I. Edisi Revisi. Bandung: Penerbit ITB

Bueche, Frederick.Teori dan Soal-Soal Fisika(Terjemahan).Edisi ke-8. Jakarta:Penerbit Erlangga

Halliday, David., Resnick, Robert.1990.Fisika.Edisi ke-3. Jakarta:Penerbit Erlangga

Martin, George.1994.KINEMATIKA DAN DINAMIKA TEKNIK.Edisi ke-2.Jakarta:Penerbit Erlangga

Satriawan. 2007. FISIKA DASAR.

Toweula. DINAMIKA PARTIKEL-1.

15