Gaya dan usaha
.
Gaya bukanlah sesuatu yang pokok dalam ilmu
fisika, meskipun ada kecenderungan untuk memperkenalkan ilmu fisika lewat
konsep ini. Yang lebih pokok ialah momentum, energi dan tekanan.Sebenarnya, tak seorang pun dapat mengukur
gaya secara langsung. Tetapi, kalau sesuatu mengatakan seseorang mengukur gaya,
sedikit berpikir akan membuat seseorang menyadari bahwa apa yang diukur
sebenarnya adalah tekanan (atau mungkin kemiringannya). "Gaya" yang
Anda rasakan saat meraba kulit anda, misalnya, sebenarnya adalah sel syaraf
tekanan Anda yang mendapat perubahan tekanan. Ukuran neraca pegas mengukur
ketegangan pegas, yang sebenarnya adalah tekanannya, dll.
Dalam bahasa sehari-hari gaya dikaitkan
dengan dorongan atau tarikan, mungkin dikerahkan oleh otot-otot kita.
Di fisika, kita memerlukan definisi yang lebih
presisi. Kita mendefinisikan gaya di sini dalam hubungannya dengan percepatan
yang dialami benda standar yang diberikan ketika ditempatkan di lingkungan
sesuai.
Sebagai benda standar kita menggunakan (atau
agaknya membayangkan bahwa kita menggunakannya!) silinder platinum yang
disimpan di International Bureau of Weights and Measures dekat Paris dan
disebut kilogram standar.
Di fisika, gaya adalah aksi atau agen yang
menyebabkan benda bermassa bergerak dipercepat. Hal ini mungkin dialami sebagai
angkatan, dorongan atau tarikan. Percepatan benda sebanding dengan penjumlahan
vektor seluruh gaya yang beraksi padanya (dikenal sebagai gaya netto atau gaya
resultan).
Dalam benda yang diperluas, gaya mungkin juga
menyebabkan rotasi, deformasi atau kenaikan tekanan terhadap benda. Efek rotasi
ditentukan oleh torka, sementara deformasi dan tekanan ditentukan oleh stres
yang diciptakan oleh gaya.
Gaya netto secara matematis sama dengan laju
perubahan momentum benda dimana gaya beraksi. Karena momentum adalah kuantitas
vektor (memiliki besar dan arah), gaya adalah juga kuantitas vektor.
Konsep gaya telah membentuk bagian dari
statika dan dinamika sejak zaman kuno. Kontribusi kuno terhadap statika
berpuncak dalam pekerjaan Archimedes di abad ke tiga sebelum Masehi, yang masih
membentuk bagian fisika modern.
Sebaliknya, dinamika Aristoteles disatukan
kesalahpahaman intuisi peranan gaya yang akhirnya dikoreksi dalam abad ke 17,
berpuncak dalam pekerjaan Isaac Newton.
Menurut perkembangan mekanika kuantum,
sekarang dipahami bahwa partikel saling mempengaruhi satu sama lain melalui
interaksi fundamental, menjadikan gaya sebagai konsep yang berguna hanya pada
konsep makroskopik.
Hanya empat interaksi fundamental yang
dikenal: kuat, elektromagnetik, lemah (digabung menjadi satu interaksi
elektrolemah pada tahun 1970-an), dan gravitasi (dalam urutan penurunan kuat
interaksi).
Usaha alias Kerja yang dilambangkan dengan
huruf W (Work-bahasa inggris), digambarkan sebagai sesuatu yang dihasilkan oleh
Gaya (F) ketika Gaya bekerja pada benda hingga benda bergerak dalam
jarak tertentu. Hal yang paling sederhana adalah apabila Gaya (F)
bernilai konstan (baik besar maupun arahnya) dan benda yang dikenai Gaya
bergerak pada lintasan lurus dan searah dengan arah Gaya tersebut.
Secara matematis, usaha yang dilakukan oleh
gaya yang konstan didefinisikan sebagai hasil kali perpindahan dengan gaya yang
searah dengan perpindahan.
< ![endif]-->
Persamaan matematisnya adalah :
W = Fs cos 0 = Fs (1) = Fs
W adalah usaha alias kerja, F adalah besar
gaya yang searah dengan perpindahan dan s adalah besar perpindahan.
Apabila gaya konstan tidak searah dengan
perpindahan, sebagaimana tampak pada gambar di bawah, maka usaha yang dilakukan
oleh gaya pada benda didefinisikan sebagai perkalian antara perpindahan dengan
komponen gaya yang searah dengan perpindahan. Komponen gaya yang searah dengan
perpindahan adalah F cos < ![endif]-->< ![endif]-->teta
< ![endif]-->
Secara matematis dirumuskan sebagai berikut :
Hasil perkalian antara besar gaya (F) dan
besar perpindahan (s) di atas merupakan bentuk perkalian titik atau perkalian
skalar. Karenanya usaha masuk dalam kategori besaran skalar. Pelajari lagi
perkalian vektor dan skalar kalau dirimu bingun… Persamaan di atas bisa ditulis
dalam bentuk seperti ini :
Satuan Usaha dalam Sistem Internasional (SI)
adalah newton-meter. Satuan newton-meter juga biasa disebut Joule ( 1 Joule = 1
N.m). menggunakan sistem CGS (Centimeter Gram Sekon), satuan usaha disebut erg.
1 erg = 1 dyne.cm. Dalam sistem British, usaha diukur dalam foot-pound
(kaki-pon). 1 Joule = 107 erg = 0,7376 ft.lb.
Perlu anda pahami dengan baik bahwa sebuah
gaya melakukan usaha apabila benda yang dikenai gaya mengalami perpindahan.
Jika benda tidak berpindah tempat maka gaya tidak melakukan usaha. Agar
memudahkan pemahaman anda, bayangkanlah anda sedang menenteng buku sambil diam
di tempat. Walaupun anda memberikan gaya pada buku tersebut, sebenarnya anda
tidak melakukan usaha karena buku tidak melakukan perpindahan. Ketika anda menenteng
atau menjinjing buku sambil berjalan lurus ke depan, ke belakang atau ke
samping, anda juga tidak melakukan usaha pada buku. Pada saat menenteng buku
atau menjinjing tas, arah gaya yang diberikan ke atas, tegak lurus dengan arah
perpindahan. Karena tegak lurus maka sudut yang dibentuk adalah 90o.
Cos 90o = 0, karenanya berdasarkan persamaan di atas, nilai usaha
sama dengan nol. Contoh lain adalah ketika dirimu mendorong tembok sampai
puyeng… jika tembok tidak berpindah tempat maka walaupun anda mendorong sampai
banjir keringat, anda tidak melakukan usaha. Kita dapat menyimpulkan bahwa
sebuah gaya tidak melakukan usaha apabila gaya tidak menghasilkan perpindahan
dan arah gaya tegak lurus dengan arah perpindahan.
Contoh Soal 1 :
Sebuah peti kemas bermassa 50 kg yang
terletak pada lantai ditarik horisontal sejauh 2 meter dengan gaya 100 N oleh
seorang buruh pelabuhan. Lantai tersebut agak kasar sehingga gaya gesekan yang
diberikan pada karung beras sebesar 50 N. Hitunglah usaha total yang dilakukan
terhadap karung berisi beras tersebut…
< ![endif]-->
Panduan jawaban :
Sebelum menghitung usaha total, terlebih
dahulu kita hitung usaha yang dilakukan oleh buruh karung dan usaha yang
dilakukan oleh gaya gesekan. Kita tetapkan arah kanan bertanda positif
sedangkan arah kiri negatif. (b = buruh, Fg = gaya gesekan, N =
gaya normal, w = berat). Gaya gesekan berlawanan arah dengan arah
gerakan benda sehingga bertanda negatif.
Pada soal di atas, terdapat empat gaya yang
bekerja pada peti kemas, yakni gaya tarik buruh (searah dengan perpindahan peti
kemas), gaya gesekan (berlawanan arah dengan perpindahan peti), gaya berat dan
gaya normal (tegak lurus arah perpindahan, sudut yang terbentuk adalah 90o).
Untuk mengetahui usaha total, terlebih dahulu
kita hitung besar usaha yang dilakukan masing-masing gaya tersebut.
Usaha yang dilakukan oleh buruh pelabuhan :
Wb = Fb.s = (100
N) (2 m) = 200 N.m
Usaha yang dilakukan oleh Gaya gesekan :
Wg = Fg.s =- (50
N) (2 m) = -100 N.m
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat :
Ww = Fw.s = (mg)
(2 m) cos 90o = 0
Usaha yang dilakukan oleh gaya normal :
WN = FN.s = (mg)
(2 m) cos 90o = 0
Usaha total = Wb + Wg +
Ww + WN = (200 N.m) + (-100 N.m) + 0 + 0 = 100 N.m = 100
Joule
Contoh Soal 2 :
Seorang anak menarik mobil mainan menggunakan
tali dengan gaya sebesar 20 N. Tali tersebut membentuk sudut 30o
terhadap permukaan tanah dan besar gaya gesekan tanah dengan roda mobil mainan
adalah 2 N. Jika mobil mainan berpindah sejauh 10 meter, berapakah usaha yang
dilakukan anak tersebut ?
< ![endif]-->
Panduan jawaban :
Pada dasarnya soal ini sama dengan contoh
soal 1. Pada soal ini terdapat sudut yang dibentuk antara gaya dengan arah
horisontal, sehingga komponen gaya tarik yang dipakai adalah F cos teta
(sejajar dengan arah perpindahan)
Untuk mengetahui usaha total, terlebih dahulu
kita hitung besar usaha yang dilakukan masing-masing gaya : (A = anak, g =
gesekan, w = berat dan N = normal)
< ![endif]-->
Usaha yang dilakukan oleh Gaya gesekan :
Wg = Fg.s = (-2
N) (10 m) = -20 N.m
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat :
Ww = Fw.s = (mg)
(2 m) cos 90o = 0
Usaha yang dilakukan oleh gaya normal :
WN = FN.s = (mg)
(2 m) cos 90o = 0
Gaya dan Hukum Newton
PENGERTIAN GAYA
Gaya adalah suatu dorongan atau tarikan. Gaya dapat
mengakibatkan perubahan – perubahan sebagai berikut :
benda diam menjadi bergerak
benda bergerak menjadi diam
bentuk dan ukuran benda berubah
arah gerak benda berubah
Macam – macam Gaya
Berdasarkan penyebabnya, gaya dikelompokkan
sebagai berikut :
gaya mesin, yaitu gaya yang berasal dari mesin
gaya magnet, yaitu gaya yang berasal dari magnet
gaya gravitasi, gaya tarik yang diakibatkan oleh bumi
gaya pegas, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh
pegas
gaya listrik, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh
muatan listrik
Berdasarkan
sifatnya, gaya dikelompokkan menjadi :
gaya sentuh, yaitu gaya yang timbul karena titik
kerja gaya, langsung bersentuhan dengan benda.
gaya tak sentuh, yaitu gaya yang timbul walaupun titik
kerja gaya tidak bersentuhan dengan benda.
Menggambar Gaya
Gaya merupakan besaran vektor ( memiliki nilai dan arah).
Oleh karena itu, gaya dapat digambarkan dengan menggunakan diagram vektor .
0
P
arah gaya
titik tangkap
GABUNGAN ( resultan ) gaya
Resultan gaya (R), yaitu penjumlahan beberapa gaya yang
bekerja segaris. Sehingga secara matematis ditulis :
Untuk memudahkan perhitungan maka, gaya yang
berarah kekanan atau keatas diberi tanda positif (+), dan gaya
yang berarah kekiri maupun kebawah diberi tanda negatif (-)
Gaya – gaya Searah
F1 = 2 N
F2 = 6 N
R = 8 N
Perhatikan gambar berikut :
Maka Nilai R = F1 + F2 = ( 2 + 6
) N = 8 N
Gaya – gaya Yang Berlawanan Arah
Perhatikan gambar berikut :
F1 = 4 N
F2 = 16 N
R = 12 N
Maka nilai R = F1 + F2 = ( -4 +
16 ) N = 12 N
Gaya-gaya Yang membentuk Sudut 90o ( Siku-siku
)
Perhatikan berikut :
F1 = 4 N Fr
F2 = 3 N
Fr = √ F1 2 + F2 2
= √ 42 + 32 = √ 25 = 5 N
Arahnya menuju ke arah 450 , di tengah-tengah
dari kedua gaya yang bekerja tersebut
Kedudukan yang Seimbang
F2
F1
gambar 4.2 (c). dua buah gaya yang seimbang F1 = F2
Dua buah gaya dikatakan seimbang apabila kedua gaya itu sama besar,
berlawanan arah, dan terletak satu garis. Resultan gaya – gaya yang
seimbang R = 0.
Apabila suatu benda dalam keadaan seimbang (R= 0), maka
benda tidak mengalami perubahan gerak sehingga :
benda yang dalam keadaan diam akan tetap diam
benda yang mengalami GLB akan tetap mengalami GLB.
hukum newton
Newton merupakan ilmuwan Inggris yang mendalami Dinamika,
yaitu cabang fisika yang mempelajari tentang gerak. Newton mengemukakan tiga
hukum tentang gerak :
Hukum I Newton
Hukum Kelembaman ( F = 0 )
“ Suatu benda yang diam akan tetap diam, dan suatu benda
yang sedang bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan,
kecuali bila ada gaya luar yang bekerja pada benda itu“.
Hukum II Newton
“ Massa benda dipengaruhi oleh gaya luar yang berbanding
terbalik dengan percepatan gerak benda tersebut“
Secara matematis ditulis :
dengan : F = gaya luar ( N atau kg ms-2 )
m = massa benda (kg)
a = percepatan benda (ms-2)
Hukum III Newton
Hukum aksi reaksi
“ Suatu benda mendapatkan gaya dikarenakan berinteraksi
dengan benda yang lain“
F aksi
= - F reaksi
|
Secara
matematis ditulis :
tanda (-) menunjukkan arah gaya yang berlawanan .
gaya gesekan
F
Fg
Gaya gesekan adalah gaya yang timbul akibat persentuhan langsung
antara dua permukaan benda dengan arah berlawanan terhadap kecenderungan arah
gerak benda.
dengan Fg = gaya gesekan
Besar gaya gesekan tergantung pada kekasaran permukaan
sentuh. Semakin kasar permukaan, maka semakin besar gaya gesekan
yang timbul.
Cara
memperkecil gaya gesekan :
memperlicin
permukaan,
misal dengan pemberian minyak pelumas atau mengampelas permukaan.
memisahkan
kedua permukaan yang bersentuhan dengan udara, misal kapal laut yang bagian
dasarnya berupa pelampung yang diisi udara.
meletakkan benda di atas roda – roda, sehingga
benda lebih mudah bergerak.
Gaya Gesekan
yang Merugikan
Contoh gaya
gesekan yang merugikan :
gaya gesekan pada mesin mobil dan kopling menimbulkan
panas yang berlebihan sehingga mesin mobil cepat rusak karena aus.
gaya gesekan antara ban mobil dengan jalan mengakibatkan
ban mobil cepat aus dan tipis.
gaya gesekan antara angin dengan mobil dapat menghambat
gerakan mobil.
Gaya berat / BERAT benda
Berat benda
adalah pengaruh gaya tarik bumi yang bekerja pada benda tersebut. Sehingga W =
m g.
dengan :
W = berat benda
( N )
m = massa benda
yaitu ukuran banyaknya
zat yang
terkandung pada benda (kg)
g = percepatan
gravitasi bumi ( g = 9,8 ms-2)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar