9/17/2012
1
M E K A N I K A
MEKANIKA
Mekanika adalah cabang ilmu fisika yang berhubungan dengan perilaku
benda yang menjadi subyek gaya atau perpindahan, dan efek selanjutnya
pada benda tersebut dalam lingkungan mereka.
9/17/2012
2
HUKUM NEWTON
9/17/2012
3
HUKUM NEWTON I
Hukum Pertama: Sebuah benda yang diam atau bergerak dengan
kecepatan konstan akan tetap diam atau tetap bergerak pada
kecepatan konstan jika tidak ada resutan gaya yang bekerja pada
benda tersebut
Inersia: sifat suatu benda untuk mempertahankan
keadaannya
Apa yang terjadi pada pengemudi jika
mobil bergerak dari keadaan diam atau
ketika tiba-tiba mengerem?
a.Pengemudi terdorong ke belakang. Benda yang diam cenderung tetap
diam
b.Pengemudi bergerak ke depan ketika terjadi pengereman. Benda yang
bergerak cenderung untuk terus bergerak.
9/17/2012
4
CONTOH KEHIDUPAN NYATA
Jika benda bergerak cenderung tetap bergerak, benda kenapa tidak bergerak terus bergerak selamanya?
Benda tidak terus bergerak selamanya karena hampir selalu ada
gaya tidak seimbang yang bekerja
Ada gesekan
9/17/2012
5
Tipe-tipe Gesekan
• Sliding friction: ice skating
• Rolling friction: bowling
• Fluid friction (air or liquid): air or water resistance
• Static friction: initial friction when moving an
Di luar angkasa, jauh dari gravitasi dan
setiap sumber gesekan, sebuah roket
diluncurkan dengan kecepatan dan arah
tertentu akan terus dalam arah yang sama
dan pada kecepatan yang sama
selamanya.
9/17/2012
6
Hukum Newton II
• Hukum Kedua: Ketika suatu resultan gaya bekerja pada
suatu benda percepatan Proporsional terhadap gaya
dan berbanding terbalik terhadap massanya.
Fa
m
Percepatan: 2 m/s2 Percepatan: 4 m/s2
9/17/2012
7
F F
a
a/2
Apa kata F = m a ?
Sesuatu yang sangat besar (massa yang
tinggi) yang mengubah kecepatan sangat
lambat (akselerasi rendah), seperti gletser,
masih bisa memiliki kekuatan besar.
Sesuatu yang sangat kecil (massa rendah)
yang mengubah kecepatan sangat cepat
(akselerasi tinggi), seperti peluru, masih bisa
memiliki kekuatan besar.
9/17/2012
8
Contoh 1. Sebuah gaya 4.2 x 104 N bekerja pada sebuah pesawat yang memiliki masa 3.2 x 104 kg selama takeoff. Berapa gaya pada pilot pesawat dengan BB 75-kg?
F = 4.2 x 104 N
m = 3.2 x 104 kg
+ F = ma
4
4
4.2 x 10 N
3.2 x 10 kg
Fa
m a = 1.31 m/s2
Untuk mendapatkan F pada 78-kg pilot, asumsi percepatan sama
F = ma = (75 kg)(1.31 m/s2); F = 98.4 N
Pertama kita mencari
percepatan a pesawat
Berat dan Masa
• Berat adalah gaya yang disebabkan oleh gravitasi. Arah ke bawah
dan bervariasi pada lokasi yang berbeda..
• Masa adalah konstanta universal yang merupakan ukuran inersia
tubuh
F = m a sehingga W = mg dan m = W g
9/17/2012
9
Contoh Masa dan Berat
Berapa masa dari 64 lb bloks?
W = mg
64 lb 32 ft/s2
Berapa berat dari 10 kg balok ?
9.8 m/s2 W
m 10 kg W = mg = (10 kg)(9.8 m/s2)
W = 98 N
2
64 lb
32 ft/2 s s
slugm
Masa konstan, Berat bervariasi.
98 N 9.8 m/s2
28 N 2.8 m/s2
96 lb 32 ft/s2
24 lb 8 ft/s2
Masa = 10 kg Masa = 3 slugs
9/17/2012
10
Ketidakkonsistenan Penggunaan
Sering satuan metrik dipakai secara tidak konsisten. Masa dalam
kg sering dipergunakan sebagai berat (N). Kadang-kadang disebut
kg gaya.
Kilogram adalah suatu masa – tidak pernah berupa gaya –
dan ini tidak berhubungan dengan arah atau bervariasi
karena gravitasi.
Seorang ahli kimia mungkin diminta
menimbang suatu bahan dengan
berat 200 g.
Juga kadang kita menemui 10-kg
beban sebagaimana seperti berat.
F
10 kg
Hukum Newton III
Gaya aksi dan reaksi antara benda yang berhubungan mempunyai
besar dan garis aksi yang sama dan berlawanan arah
http://www.allstar.fiu.edu/aero/rocket1a.htm
9/17/2012
11
Kita gunakan kata dilakukan oleh dan terhadap untuk mempelajari gaya
aksi dan reaksi
Aksi
Reaksi Gaya aksi dilakukan oleh tangan terhadap
batang
Gaya reaksi dilakukan oleh batang
terhadap tangan
Hukum Newton III pada alam
Seekor ikan menggunakan sirip
untuk mendorong air ke belakang.
Air bereaksi dengan mendorong
ikan ke depan
Besarnya gaya pada air sama
dengan besarnya gaya pada ikan,
arah berlawanan
9/17/2012
12
Contoh: 60 kg atlit mendorong 10 kg skateboard, Jika dia menerima percepatan 4 m/s2, berapakan percepatan skateboard?
Gaya pelari = -(Gaya papan seluncur)
mr ar = -mb ab
(60 kg)(4 m/s2) = -(10 kg) ab
a = - 24 m/s2
Gaya Pelari
Gaya Papan
2(60 kg)(4 m/s)24 m/s
-(10 kg)a
Review Free-body Diagrams: • Baca permasalahan; gambarkan dan beri label
• Buatlah diagram gaya pada setiap obyek, dan diagram vektor
• Nyatakan dalam persegi empat dan beri label komponen x dan y
• Beri label semua komponen dan pilih arah yang positif.
9/17/2012
13
Contoh Free-body Diagram
300 600
4 kg
A A B
B
W = mg
300 600
Bx
By
Ax
Ay
1. Sketsa gambar dan label
2. Gambarkan dan label diagram vektor gaya.
3. Nyatakan dalam pesegi empat dan beri label komponen x dan y
Aplikasi Hukum Newton II
• Baca, gambarkan dan beri label permasalahan.
• Gambar free-body diagram untuk setiap body.
• Pilih sumbu x atau y sepanjang gerakan dan pilih arah gerakan sebagai arah positif.
• Tulis hukum Newton II untuk kedua sumbu :
SFx = m ax SFy = m ay
• Selesaikan besaran yang belum diketahui.
9/17/2012
14
Contoh: Sebuah kereta dan kusir memiliki masa 120 kg. Berapa gaya yang dibutuhkan untuk menghasilkan percepatan 6 m/s2 jika gesekan di abaikan?
1. Baca permasalahan dan gambar sketsanya.
2. Gambar diagram vektor gaya dan beri label.
Diagram untuk kereta:
n
W
F
3. Pilih sumbu x sepanjang gerakan dan indikasikan arah kanan
sebagai nilai positif
x
+
SFy = 0; n - W = 0
Gaya normal n sama dengan
berat W
SFx = max; F = ma
F = (120 kg)(6 m/s2)
F = 720 N
Diagram untuk kereta:
n
W
F x
+
m = 120 kg
4. Tulis hukum Newton II untuk kedua sumbu
ay = 0
9/17/2012
15
Hukum Gravitasi Newton
• Dua partikel dengan massa m1 dan m2 akan saling tarik menarik secara
proporsional terhadap massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat
jaraknya
F = G 𝒎𝟏𝒎𝟐
𝒅𝟐
d = jarak antara 2 partikel
G = konstanta gravitasi
9/17/2012
16
Medan Gravitasi