04 Gaya dan Hukum Newton.ppt

Gaya Dan Hukum-Hukum

Newton tentang Gerak

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.inersia :kecenderungan suatu benda utk memperthankan jeadaan diam atau gerak tetapnya pd garis lurus

• Beberapa benda besar sukar untuk dipindahkan atau cukup sulit untuk

menghentikannya ketika benda tersebut sedang bergerak.

Massa Dan Gaya

• Pada abad ke tujuh belas, 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.

Aplikasi 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 Pertama berlaku.

 Percepatan dari kerangka acuan inersia Percepatan dari kerangka acuan inersia

adalah nol, sehingga kerangka acuan

adalah nol, sehingga kerangka acuan

tersebut bergerak dengan kecepatan

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

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.

Hukum II Newton tentang Gerak

• Yang termasuk resultan gaya hanya gaya-gaya dari lingkungan yang mempengaruhi gerak benda.

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?

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.

• Resultan gaya adalah: N 110 560 395 275        F

 Percepatan dapat ditentukan dengan:Percepatan dapat ditentukan dengan:

m/s 059 , 0 1850 110       m F a

 Tanda plus menunjukkan bahwa Tanda plus menunjukkan bahwa percepatan berarah ke sumbu +

percepatan berarah ke sumbu +xx, , searah dengan arah resultan gaya.

searah dengan arah resultan gaya.

Sifat Vektor dari Hukum II

Newton tentang Gerak

• Resultan gaya F dalam hukum II Newton mempunyai komponen F_x and F_y,

sehingga percepatan a juga mempunyai komponen a_x and a_y. y y x x

ma

F

ma

F









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:

• Tanda plus menunjukkan bahwa F_x

dalam arah sumbu +x dan F_y dalam arah sumbu +y.

• Komponen percepatan arah x dan y

searah dengan arah F_x dan F_y,

sehingga dapat dihitung dengan:

2 2 m/s 011 , 0 1300 14 m/s 018 , 0 1300 23             m F a m F a y y x x

Solusi

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

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.

• Percepatan dari pesawat adalah: 2

m/s

0033

,

0

11000

36











s

m

P

a

_S 2

m/s

39

,

0

92

36













A

m

P

a

_A

 Percepatan dari astronot adalah:Percepatan dari astronot adalah:

Sekilas tentang Konsep

• Ketiga hukum Newton tentang gerak membuat jelas gaya yang berperan penting dalam gerak suatu benda.

• Konsep gaya yang paling penting adalah bahwa hukum II Newton selalu berlaku, tidak peduli gaya-gaya apa saja yang bekerja pada benda tsb.

Gaya-Gaya Fundamental

• Gaya Gravitasi

• Gaya inti kuat • Gaya inti lemah

• Gaya Elektromagnetik

Pada saat ini kita lebih memfokuska

n kepada gaya ini!

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:

2 2 1

r

m

m

G

F



• 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.

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 ke 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

• Hubungan antara berat W dan massa m dapat dituliskan sebagai berikut:

mg m r M G W g E _     2

Hubungan antara

Massa dengan Berat

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.

• DEFINISI

Gaya normal F_N 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.

• 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 berlawanan yang 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.

• 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, F_N = 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

• DEFINISI

Besarnya f_s gaya gesek statik dapat

memiliki nilai antara nol sampai dengan nilai maksimum f_sMAX, bergantung

kepada besarnya gaya yang bekerja. • Dengan kata lain f_s  f_sMAX.

f_sMAX = 

sFN

dengan _s adalah koefisien gesekan statik dan F_N adalah besarnya gaya normal.

• Besarnya f_k yang merupakan gaya gesek kinetik diberikan oleh:

f_k = _kF_N

dengan

k 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).