Konsep Gaya

BAB II LANDASAN TEORI

D. Konsep Gaya

Gaya didefinisikan sebagai besarnya tarikan atau dorongan yang dilakukan oleh orang atau benda terhadap orang atau benda lain (Kartika Budi, 2000, dalam Kristian Purwo, 2006:11).

Penjelasan mengenai materi gaya di bawah ini semua diambil dari buku Marthen Kanginan tahun 2006 halaman 197-259.

1. Gaya Sentuh dan Gaya Tak Sentuh

Gaya sentuh merupakan gaya yang terjadi ketika dua benda bersentuhan. Contoh gaya sentuh, yaitu pada saat menarik benda terjadi gaya otot yang merupakan gaya sentuh, karena titik kerja gaya otot langsung bersentuhan dengan benda. Gaya yang berarah sejajar bidang sentuh dan cenderung menantang arah gerak disebut gaya gesek. Gaya yang mempunyai arah tegak lurus bidang sentuh disebut gaya normal. Gaya gesek dan gaya normal termasuk gaya sentuh.

Gaya tak sentuh merupakan gaya yang timbul meskipun kedua benda tidak bersentuhan secara langsung. Contoh gaya tak sentuh, yaitu gaya gravitasi bumi, gaya listrik, gaya tolak menolak antara dua kutub magnet yang sejenis.

Perubahan-perubahan yang ditimbulkan oleh gaya, yaitu: a. Benda diam menjadi bergerak

b. Benda bergerak menjadi diam c. Bentuk dan ukuran benda berubah d. Arah gerak benda berubah

Mengukur Gaya

Gaya diukur dengan menggunakan neraca pegas atau dinamometer. Posisi jarum pada neraca pegas menunjukkan besar gaya. Satuan gaya dalam SI adalah newton (N).

Melukis Penjumlahan dan Selisih Gaya

Gaya merupakan suatu besaran yang memiliki besar/nilai dan arah. Dalam Fisika, besaran yang memiliki besar dan arah disebut besaran vektor. Misalnya sebuah gaya F dilukiskan dengan anak panah OA seperti gambar berikut:

Gambar 2.2. gaya F dilukiskan dengan anak panah OA Metode Poligon

Langkah-langkah:

a. Lukis salah satu gaya (misal F₁)

O A

b. Lukis gaya kedua (misal F₂) dengan titik tangkapnya berimpit dengan ujung vektor pertama

c. Jumlahkan kedua gaya (F1 + F2) dengan menghubungkan titik tangkap F₁ dengan titik ujung F₂

F2 F1+F2 F2

F₁ F₁ F₁

Langkah 1 Langkah 2 Langkah 3

Gambar 2.3. Penjumlahan Gaya Melukis Selisih Gaya (F₁ - F₂)

Secara matematis:

F₁ - F₂ = F₁ + (- F₂)

(- F2) adalah gaya yang besarnya sama dengan gaya F2 tetapi arahnya berlawanan. Dengan menggunakan langkah-langkah metode poligon, maka

F₁ F₁ F₂ F₁ - F2 F1 - F2 - F2

Langkah 1 Langkah 2 Langkah 3

Gambar 2.4. Selisih Gaya 2. Resultan Gaya

Jika gaya F₁ dan F₂ yang bekerja pada suatu benda, maka resultan gaya R adalah R = F1 + F2. resultan gaya merupakan penjumlahan dari dua gaya atau lebih.

a. Searah

Besar resultan gaya R pada gaya-gaya segaris yang searah merupakan penjumlahan besar tiap-tiap gaya secara aljabar biasa.

R = F₁ + F₂ b. Berlawanan Arah

Besar resultan gaya R pada gaya-gaya segaris dan berlawanan arah mempunyai penjumlahan besar tiap-tiap gaya, dengan catatan gaya yang lebih besar bernilai positif dalam gaya yang lebih kecil harus bernilai negatif.

Contoh: FA = 5 N ke kenan, FB = 2 N ke kiri. Maka, R = F₁ + F₂

R = 5 N – 2 N = 3 N ke kanan

Arah resultan gaya R pada penjumlahan gaya-gaya segaris dan berlawanan arah merupakan searah dengan gaya yang terbesar.

Syarat Terjadinya Keseimbangan

Keseimbangan benda adalah keadaan ketika dua gaya yang sama besarnya segaris dan berlawanan arah bekerja pada suatu benda. Keseimbangan terjadi ketika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan nol. Benda yang berada dalam keadaan seimbang tidak mengalami perubahan gerak.

Keseimbangan terdiri dari dua macam, yaitu:

a. Keseimbangan statis, yaitu keseimbangan gaya-gaya pada benda yang diam.

Contoh: Sebuah batu diletakkan di atas meja. Batu tetap diam meskipun ada gaya gravitasi karena ada gaya vertikal (gaya normal) yang dialami batu yang ditimbulkan oleh meja. Gaya vertikal sama besar dengan gaya gravitasi sehingga batu tetap diam (seimbang). b. Keseimbangan dinamis, yaitu keseimbangan gaya-gaya pada benda

yang bergerak lurus beraturan.

Contoh: Pesawat terbang yang bergerak lurus beraturan. Gaya vertikal yaitu gaya angkat pesawat berarah ke atas sama dengan gaya berat pesawat, dan gaya mesin yang seimbang dengan gaya gesekan udara. Oleh karena itu terjadi keseimbangan dinamis.

3. Hukum Newton a. Hukum I Newton

Tiap benda terus dalam keadaan diam atau terus dalam keadaan gerak teratur dengan kelajuan tetap pada garis lurus, kecuali jika benda itu dipaksa untuk mengubah keadaannya (diam atau bergerak) oleh gaya-gaya yang bekerja padanya.

Hukum I Newton dinyatakan sebagai berikut:

Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda mula-mula diam akan terus diam, sedangkan jika benda mula-mula bergerak akan terus bergerak dengan kecepatan tetap (inersia atau kelembaman).

Secara matematis Hukum I Newton dirumuskan:

b. Hukum II Newton

Hukum II Newton membahas benda yang resultan gayanya tidak sama dengan nol, kecuali tidak tetap, terdapat percepatan. Percepatan berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja pada benda, percepatan berbanding terbalik dengan massa benda.

Hukum II Newton berbunyi:

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.

Secara matematis Hukum II Newton dirumuskan:

m F

a₌

∑

_atau

_∑

_{F =ma} Contoh:

Sebuah mobil balap mampu menghasilkan gaya 10.000 N. Berapa percepatan mobil balap jika massa mobil 1.500 kg dan total gesekan permukaan jalan dan gesekan angin adalah 1.000 N?

Jawab:

Resultan gaya yang bekerja:

N N

N

F =10000 −1000 =9000

∑

10000 N, gaya yang dihasilkan mobil 1000 N, gaya gesekan angin

Percepatan mobil: m F a₌

∑

_{= 6} 1500 9000 = Kg N m/s² c. Hukum III Newton

Gaya terjadi sedikitnya ada dua benda yang berinteraksi. Pada interaksi ini gaya-gaya selalu berpasangan. Jika A mengerjakan gaya pada B, maka B akan mengerjakan gaya pada A. Gaya pertama disebut aksi dan gaya kedua disebut reaksi. Besar aksi sama dengan besar reaksi tetapi arah kedua gaya berlawanan.

Oleh karena itu, Hukum III Newton berbunyi:

Jika A mengerjakan gaya pada B, maka B akan mengerjakan gaya pada A, yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan.

Secara matematis Hukum III Newton dirumuskan: aksi = - reaksi

Aksi dan reaksi tidak saling meniadakan karena bekerja pada dua benda yang berbeda, sehingga tidak terjadi keseimbangan.

4. Gaya Gesekan

Gaya gesekan merupakan gaya yang terjadi ketika dua benda bersentuhan dan arahnya selalu berlawanan dengan kecenderungan gerak benda. Gaya gesekan bekerja ketika benda bergerak di udara, air, dan benda padat.

Gaya gesekan yang dialami benda ketika benda masih diam disebut gaya gesekan statis (fs). Gaya gesekan yang dialami benda ketika benda

bergerak disebut gaya gesekan kinetik (f_k). Gaya gesekan kinetik besarnya tetap, dan selalu lebih kecil dari gaya gesekan statis maksimum (fk<fsm). Hal-hal yang mempengaruhi gaya gesekan:

a. Kekasaran permukaan kedua benda

Makin kasar permukaan, makin besar gaya geseknya. Sebaliknya, makin halus permukaan, makin kecil gaya geseknya.

b. Benda beroda

Besar gaya gesekan pada benda beroda jauh lebih kecil daripada besar gaya gesekan pada benda tak beroda.

c. Luas bidang sentuh

Luas bidang sentuh mempengaruhi besar gaya gesekan hanya pada saat benda bersentuhan dengan udara. Makin besar luas bidang sentuh, makin besar gaya gesekan udara.

Gaya gesekan ada yang menguntungkan dan yang merugikan. Contoh gaya gesekan yang menguntungkan:

a. Gesekan menyebabkan kita dapat berjalan di atas tanah b. Gesekan pada ban mobil, menyebabkan mobil dapat berjalan c. Gesekan pada piringan rem

d. Gesekan udara memperlambat laju penerjun payung Contoh gaya gesekan yang merugikan:

a. Gesekan yang menyebabkan keausan pada mesin-mesin dan kopling b. Gesekan udara pada mobil menyebabkan mobil tidak dapat bergerak

c. Gesekan air laut yang memperlambat gerak kapal laut 5. Gaya Berat

Perbedaan Massa dan Berat

Massa adalah ukuran banyaknya materi yang dikandung oleh suatu benda. Massa benda selalu tetap. Massa hanya memiliki besar, tidak mempunyai arah. Dalam fisika besaran yang hanya mempunyai besar dinamakan besaran skalar. Berat adalah gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda. Karena percepatan gravitasi di mana benda berada berbeda-beda, maka berat benda berbeda-beda. Selain mempunyai besar, berat juga mempunyai arah sehingga berat termasuk besaran vektor.

Oleh karena itu, perbedaan massa dan berat suatu benda dinyatakan sebagai berikut:

Massa benda di mana saja di alam semesta ini adalah tetap, sedangkan berat benda di alam semesta ini berbeda-beda, bergantung percepatan gravitasi di mana benda berada.

Hubungan Massa dan Berat

Berat benda (w) adalah berbanding lurus dengan massa benda (m). Secara matematis dapat dirumuskan:

w = mg

di mana g = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)

Sebuah benda yang berada di meja akan diam. Benda mempunyai gaya berat ke bawah tetapi tidak begerak ke bawah, karena terdapat gaya yang

besarnya sama dengan gaya berat benda yang arahnya ke atas. Gaya tersebut dinamakan gaya normal yang tegak lurus meja (permukaan). Karena besar gaya normal (N) sama dengan gaya berat benda (W) maka resultan gaya menjadi nol, akibatnya benda diam di atas meja.

Jadi, N = w atau N = mg