Apa Itu Gravitasi?Gravitasi adalah gaya tarik-menarik antara benda-benda yang memiliki massa. Di alam semesta, gravitasi matahari terhadap benda-benda langit (termasuk bumi) di sekeliling matahari menyebabkan benda-benda langit tersebut tetap berada dalam lintasan orbit masing-masing. Gravitasi bumi adalah gravitasi yang paling banyak dipelajari dan diperhitungkan karena mempengaruhi secara langsung kebutuhan manusia di bumi. Manfaat yang paling sederhana dari gravitasi bumi misalnya berperan dalam membantu manusia dapat berdiri dengan stabil dan membuat bangunan dapat dibangun secara kokoh. Gravitasi bumi juga membertahankan bulan tetap pada orbitnya mengelilingi bumi demikian pula dengan satelit buatan manusia.Semakin besar benda maka semakin besar gravitasinya. Hal ini membantu kita memahami mengapa bumi mengelilingi matahari dan mengapa bulan mengelilingi bumi.

Konstanta Gravitasi (Tetapan Gravitasi)Konstanta gravitasi atau tetapan gravitasi adalah angka yang diperoleh secara empiris, yang digunakan dalam perhitungan gaya tarik-menarik secara gravitasi antara dua benda. Angka ini terutama digunakan dalam menerangkan hukum gravitasi universal Newton dan teori relativitas umum Einstein.

Konstanta gravitasi sering disebut juga dengan konstanta gravitasi universal atau konstanta Newton dan dilambangkan dengan huruf G (huruf g kapital) untuk membedakannya dengan konstanta gravitasi lokal yang menggunakan simbol huruf g (huruf g kecil).

Konsep gaya gravitasi antara dua benda dirumuskan oleh Isaac Newton dalam hukum gravitasi universal Newton. Hukum gravitasi universal Newton berbunyi setiap benda menarik benda lain dengan gaya sebanding dengan perkalian massa-massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda.

Dimana:F adalah gaya gravitasi antara kedua bendam1 adalah massa benda 1m2 adalah massa benda 2r adalah jarak antara kedua benda

Untuk dapat menghitung gaya tarik-menarik kedua benda tersebut maka didefinisikan suatu konstanta yang disebut konstanta gravitasi atau tetapan gravitasi yang diberi simbol G, sehingga rumus untuk menghitung gaya gravitasi antara dua benda adalah sebagai berikut.

Berapa Konstanta Gravitasi? Angka konstanta gravitasi yang biasa digunakan dalam perhitungan sederhana adalah 6,67x10-11 m3kg-1s-2. Konstanta gravitasi merupakan konstanta fisika yang sulit untuk diukur dengan akurasi tinggi. Dalam satuan sistem satuan internasional (sistem satuan SI) CODATA (Committee on Data for Science and Technology, suatu komite antardisiplin pada lembagaInternational Council for Science) merekomendasikan nilai konstanta gravitasi sebagai berikut.

Percepatan Gravitasi Bumi Standar (Percepatan Gravitasi Standar)Percepatan (akselerasi) gravitasi bumi standar atau percepatan gravitasi standar adalah percepatan gravitasi suatu benda dalam ruang vakum dekat permukaan bumi. Jika sebongkah batu dilempar ke atas maka batu tersebut akan jatuh ke tanah karena adanya gaya tarik gravitasi antara batu dengan bumi. Saat jatuh ke tanah batu tersebut semakin cepat menuju bumi karena adanya percepatan gravitasi bumi. Percepatan gravitasi bumi dilambangkan dengan huruf g (bedakan dengan konstanta gravitasi yang memiliki simbol G).Konsep percepatan gerak benda dirumuskan oleh Isaac Newton dalam hukum kedua Newton tentang gerak. Hukum kedua Newton tentang gerak berbunyi besarnya percepatan yang dialami benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja pada benda.

Dimana:a adalah percepatan (khusus untuk percepatan gravitasi bumi digunakan symbol g)F adalah gaya gravitasi bumi dengan benda (khusus untuk gaya berat digunakan symbol W)m adalah massa benda

Berapa Percepatan Gravitasi Bumi Standar?Dalam sistem satuan SI (sistem satuan internasional), percepatan memiliki satuan m/s2 (meter per sekon2). Angka percepatan gravitasi bumi standar yang biasa dipergunakan dalam perhitungan sederhana adalah 9,8 m/s2. Angka percepatan gravitasi bumi standar ditetapkan pada konferensi ke-3 CGPM (Konferensi Umum tentang Berat dan Pengukuran) adalah 9,80665 m/s2 dan digunakan untuk mendefinisikan gaya berat standar sebagai perkalian antara massa benda dan percepatan (pada rumus W = m.g).

Variasi Percepatan Gravitasi Bumi EfektifPercepatan gravitasi bumi standar adalah nilai nominal rata-rata percepatan gravitasi bumi. Sebenarnya besaran percepatan gravitasi bumi di berbagai wilayah permukaan bumi tidak semuanya sama karena permukaan bumi tidak benar-benar bulat. Percepatan Gravitasi efektif pada permukaan bumi bervariasi sekitar 0,7% yaitu antara 9,7639 m/s2 di pegunungan Nevado Huascaran (Peru) sampai dengan 9,8337 m/s2 pada permukaan Laut Artik. Di kota-kota besar, variasi percepatan gravitasi antara 9,776 m/s2 di Kuala Lumpur, Mexico City, dan Singapura, sampai dengan 9,825 m/s2 di Oslo dan Helsink

RINGKASAN MATERIDinamika adalah: Ilmu yang mempelajari tentang gerak suatu benda dengan meninjau penyebab dari gerak benda tersebut.1. 1. Hukum Newton 1. Hukum I NewtonHukum I Newton menyatakan: Bila resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol atau tidak ada gaya yang bekerja pada benda, maka benda yang diam akan tetap diam atau benda yang bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan. Hukum I Newton mengungkapkan tentang sifat benda yang cenderung mempertahankan kedudukanya atau dengan kata lain sifat kemalasan bendauntuk mengubah kedudukanya. Sifat ini disebut Kelembaman/ Inersia. Hukum I Newton disebut juga dengan hukum kelembaman.Secara matematis Hukum I Newton dapat dituliskan:.. (3.1)1. Hukum II NewtonHukum II Newton menyatakan: percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan resultan resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda ituSecara matematis Hukum II Newton dapat dituliskan:atau .. (3.2)Keterangan:= resultan gaya (N)m= massa benda (kg)a = percepatan benda (m/s2)1. Hukum III NewtonHukum III Newton menyatakan: Jika benda pertama mengerjakan gaya pada benda kedua, maka benda kedua akan mengerjakan gaya pada benda pertama, yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Hukum III Newton disebut juga hukum aksi-reaksi.Hukum II Newton dapat dituliskan:.. (3.3)Hukum tersebut dapat diartikan bahwa gaya hanya hadir sedikitnya ada dua benda yang saling berinteraksi. Pada interaksi ini gaya-gaya selalu berpasangan.Konsep gaya Aksi-reaksi Yaitu:1. Gaya aksi-reaksi hadir jika dua benda berinteraksi2. Gaya Aksi-reaksi bekerja pada dua benda yang berbeda3. Gaya Aksi-reaksi besarnya sama, tetapi arahnya berlawanan4. 2. Beberapa Jenis Gaya/ Macam Gaya 1. Gaya BeratGaya berat yaitu: gaya yang bekerja pada suatu benda akibat benda tersebut berada dalam pengaruh gravitasi bumi.Secara matematis dapat dirumuskan:.. (3.4)Keterangan:W = berat benda ( N)m = massa (kg)g = Percepatan gravitasi (m/s2)Contoh:1. Gaya NormalGaya Normal yaitu: gaya yang dikerjakan oleh bidang pada benda apabila benda tersebut menekan bidang, arah gaya normal selalu tegak lurus dengan permukaan bidang.Contoh:1. Gaya Tegangan TaliGaya tegangan tali adalah: gaya yang dikerjakan oleh tali terhadap sebuah benda yang diikat dengan tali tersebut.Contoh:

1. Gaya GesekanGaya gesek yaitu: suatu gaya yang bekerja abtara dua permukaan yang bersentuhan dan bersifat melawan kecenderungan gerak benda.Contoh:Secara matematis gaya gesek dapat dirumuskan:.. (3.5)Keterangan:Fges= gaya gesekan (N)= Koefisien gesekanN= gaya Normal (N)1. 3. Penerapan Hukum Newton 1. Benda pada bidang datar dan licin

.. (3.6)Keterangan:F = Gaya (N)m = Massa (kg)a = percepatan benda (m/s2)= Sudut antara gaya dengan perpindahan1. Benda pada bidang datar yang kasar1. Benda pada bidang datar yang licin dan ditarik oleh benda yang lain Lihat massa m1.(i) Lihat massa m2.(ii)Keterangan:m1= Massa benda 1 (kg)m2= Massa benda 2 (kg)g = Percepatan Gravitasi (m/s2)a = Percepatan benda (m/s2)

Substitusi persamaan (i) ke (ii).. (3.7)1. Benda pada bidang miring yang licin Gaya arah sumbu x.. (3.8) Gaya arah sumbu y(Resultan gaya arah sumbu y=0).. (3.9)1. Benda yang dihubungkan dengan tali melalui katrolJika m2>m1, makaW2-W1= (m1+m2) . am2.g m1.g = (m1+m2). a(m2-m1).g = (m1+m2). a.. (3.10)1. Benda yang digantung dengan tali 1. Benda diam, a=0, karena benda diam.. (3.11)1. Benda bergerak keatas dengan percepatan a.. (3.12)1. Benda bergerak kebawah dengan percepatan a.. (3.13)1. Orang yang berada di dalam lift 1. Lift diam/ bergerak dengan kecepatan tetapMaka nilai a=0.. (3.14)1. Lift dipercepat ke atas dengan percepatan a.. (3.15)1. Lift dipercepat ke bawah dengan percepatan a.. (3.16)1. Lift diperlambat ke bawahMaka nilai a= -a.. (3.17)1. Benda yang digantung dengan dua utas tali pada keadaan setimbang... (3.18)Secara mudah, Kita dapat mengartikan gaya sebagai tarikan atau dorongan yang menyebabkan perubahan keadaan benda. Umumnya benda-benda yang memperoleh gaya akan mengalami perubahan-perubahan, antara lain dari benda diam menjadi bergerak atau sebaliknya benda bergerak menjadi diam, selain itu juga dapat mempercepat atau memperlambat gerak benda, bisa juga merubah arah gerak benda ataupun merubah bentuk/ukuran benda. Namun dalam beberapa hal ada juga benda yang mengalami gaya tetapi tidak mengalami perubahan gerakan ataupun bentuk. Misalnya ketika kita sedang duduk belajar, gaya gravitasi bekerja pada kita, namun kita tetap diam. Dalam keadaan tertentu gaya dapat menyebabkan benda bergerak, namun adakalanya dalam keadaan yang lain benda tersebut tetap diam. Hal ini terjadi karena gaya total atau resultan dari gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol. Misalnya saat kita mendorong meja ke depan ternyata gaya yang kita kenakan dilawan dengan gaya gesekan meja dengan lantai yang besarnya sama naumn arahnya berlawanan dengan gaya dorong yang kita kerjakan. Keadaan ini disebut dengan keadaan kesetimbangan (equilibrium).

1. GAYA GESEKAN

Yaitu gaya sentuh yang muncul jika permukaan dua zat padat bersentuhan secara fisik, dimana arah gaya gesekan sejajar dengan permukaan bidang dan selalu berlawanan dengan arah gerak relatif antara ke dua benda tersebut.

Ada dua jenis gaya gesekan yang bekerja pada benda, yaitu:

a. Gaya Gesekan Statis ( fs )Gaya gesekan statis bekerja saat benda dalam keadaan diam dan nilainya mulai dari nol sampai suatu harga maksimum. Jika gaya tarik/dorong yang bekerja pada suatu benda lebih kecil dari gaya gesekan statis maksimum, maka benda masih dalam keadaan diam dan gaya gesekan yang bekerja pada benda mempunyai besar yang sama dengan nilai gaya tarik/dorong pada benda tersebut. Besarnya gaya gesekan statis maksimum adalah :

dimana s adalah koefisien gesekan statis dan N adalah gaya Normal.

Besarnya gaya normal ( N ) tergantung besarnya gaya tekan benda terhadap bidang secara tegak lurus. Keterangan lebih lanjut tentang gaya Normal silahkan baca lebih detail dalam artikel saya yang lain dengan mengklik link di bawah ini : Dinamika Gerak Lurus I Dinamika Gerak Lurus IIdalam 2 artikel di atas sebenarnya rumus-rumus yang berkaitan dengan gaya gesekan telah dibahas. Sehingga pembahasan saya kali ini lebih menekankan pada aspek teoritis dan contoh soal untuk menambah kepahaman.

b. Gaya gesekan kinetis ( fk )Gaya gesekan kinetis yaitu gaya gesekan yang bekerja pada benda ketika benda sudah bergerak. Nilai gaya gesekan kinetis selalu tetap, dan dirumuskan dengan :

dimana k adalah koefisien gesekan kinetis benda

Antara koefisien gesekan statis dan kinetis mempunyai nilai yang berbeda, nilai koefisien gesekan statis selalu lebih besar daripada nilai koefisien gesekan kinetis benda.

Untuk sebuah benda diam yang terletak diatas sebuah bidang datar kasar dan diberi gaya F, maka :

2. GAYA GESEKAN DAN HUKUM NEWTON

Hukum Newton I : Benda yang diam akan tetap diam selama jumlah gaya yang bekerja padanya sama dengan nol atau benda yang bergerak dengan kecepatan tetap akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap selama resultan gaya yang bekerja padanya sama dengan nol.

Hukum Newton II : Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya total pada sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total tersebut pada arah yang sama dan berbanding terbalik dengan massa dari benda.

Hukum Newton III : Jika sebuah benda memberikan gaya pada benda lain, maka benda itu akan mendapat gaya dari benda lain itu dengan besar gaya yang sama dan arah yang berlawanan dari gaya pertama.

Contoh :

Sebuah balok bermassa 4 kg terletak diam pada bidang datar. Hitunglah: Gaya gesekan benda dan percepatan benda jika lantai kasar dengan s = 0,4 dan k = 0, 2 dan :a. ditarik dengan gaya F = 10 N b. ditarik dengan gaya F = 16 Nc. ditarik dengan gaya F = 20 N

Jawaban :

Diagram gaya untuk kasus ini adalah sebagai berikut :

Untuk kasus ini ( benda diam ), maka kita harus menguji besarnya gaya gesekan statis (fs) dan gaya gesekan kinetis (fk).

Dari hukum Newton II yaitu F = ma Kearah vertikal (sumbu y), benda diam (a = 0) F = 0 N w = 0 sehingga N = wN = m g N = 4 . 10 = 40 N

Besarnya gaya gesekan statis fs adalah

fs = s.N = 0,4.40 = 16 N

Besarnya gaya gesekan kinetis fk adalah

fk = k.N = 0,2.40 = 8 N

a. untuk F = 10 N Karena gaya F < fS maka balok masih dalam keadaan diam, sehingga gaya gesekan yang bekerja pada benda adalah fg = F = 10 N

b. untuk F = 16 NKarena F = fs, maka balok masih juga dalam keadaan diam (keadaan ini sering disebut dengan benda tepat saat akan bergerak), maka besarnya gaya gesekan adalah fg = F = fs = 16 N

c. untuk F = 20 NKarena F > fs maka balok dapat bergerak, sehingga gaya gesekan yang digunakan adalah gaya gesekan kinetis, yaitu sebesar 8 N. Percepatan untuk benda yang bergerak ini dapat dihitung dengan menggunakan Hukum Newton II, Karena benda bergerak pada arah sumbu x, maka :

Fx = m.a F fk = m.a 20 8 = 4a a = 3 m/s2

Dari sini dapat kita lihat, bahwa pada benda bekerja gaya gesekan statis atau kinetis, tergantung pada seberapa besar gaya yang bekerja pada benda. Khusus untuk gaya gesekan statis sebenarnya memiliki nilai dari minimum hingga nilai maksimalnya yaitu fs (ketika benda tepat akan bergerak), sedangkan gaya gesekan kinetis hanya memiliki satu nilai saja. Sehingga grafik hubungan antara gaya luar dan gaya gesekan yang mempengaruhi benda yang dalam keadaan diam, dapat digambarkan sebagai berikut :