Gaya

Hukum Newton I

Hukum Newton II

Hukum Newton III

Gaya Gravitasi dan Gaya Normal

Gaya Gesekan

GAYA adalah tarikan atau dorongan karena interaksi suatu partikel/benda dengan partikel/ benda lainnya.

Ada gaya yang dihasilkan kontak langsung benda, seperti gaya normal, gaya gesek, gaya pegas dan gaya tegang.

Ada juga gaya-gaya yang dihasilkan interaksi tanpa kontak langsung seperti gaya listrik, gaya magnet, dan gaya gravitasi

DINAMIKA: Gaya

Gaya merupakan besaran vektor, sehingga operasi penambahan/ pengurangan gaya sebagaimana penambahan/pengurangan pada vektor .

Hukum I: Benda tanpa pengaruh gaya luar selalu dalam keadaan diam atau bergerak konstan (kecepatan tetap)

Hukum II: Jika ada gaya luar, maka total gaya luar yang bekerja pada benda itu sebanding dengan massa dikalikan percepatan (perubahan kecepatan).

Isaac Newton (1643-1727) pada tahun 1687 mempublikasikan bukunya: Principia Mathematica. Dalam buku tersebut dia merumuskan 3 hukum gerak:

Hukum III: Gaya yang ada selalu berpasangan:

(Untuk setiap gaya yang bekerja pada suatu benda, maka benda yang dikenai gaya tersebut akan memberikan gaya reaksi dengan besar yang sama dan arah yang berlawanan )

Benda tanpa pengaruh gaya luar selalu dalam keadaan diam atau bergerak konstan (kecepatan tetap).

Jika tidak ada gaya yang bekerja pada suatu benda, maka tidak akan ada percepatan.

Hukum ini disebut juga hukum inersia (kelembaman) atau prinsip Galileo, karena dialah yang lebih dahulu mengungkapkan idenya

Hukum Newton I

Untuk setiap benda , F = ma.

Percepatan aa dari suatu benda sebanding dengan gaya F yang bekerja padanya.

Konstanta yang menghubungkan gaya dan percepatan disebut ”massa”, dilambangkan dengan m.

Ini adalah definisi dari massa.Dalam mekanika klasik (newtonian) massa dari

sebuah benda adalah sifat yang konstan dari benda tersebut, tidak tergantung pengaruh luar.

Gaya memiliki dimensi [M][L/T2], sehingga satuannya kg m/s2 = N (Newton)

Hukum Newton II

Jika kita merujuk buku Principia Mathematica buah karya Newton, hukum kedua dinyatakan dalam bentuk momentum sbb:

“ Laju perubahan momentum dari sebuah benda adalah sama dengan resultan gaya yang bekerja pada benda dan dalam arah yang sama “

dt

md )( vF

av

F mdt

dm

Karena m secara umum konstan , maka:

Contoh 1: Seseorang mendorong kotak yang berada dilantai es

(horizontal & tanpa gesekan) yg massanya 100 kg. Dia memberikan gaya sebesar 50 N dalam arah i. Jika kotak awalnya diam, berapa kecepatannya setelah didorong sejauh 10 m?

F

v = 0

m ai

F

v = 0

m ai

Penyelesaian:

)(2 020

2 xxavv

Hukum Newton II menyatakan: F = ma. a = F/m

Ingat bahwa (lihat bab2):

Untuk v0 = 0, dan (x-x0) = x, maka:

md

xFav

222

m

xFv

2

x

i

Fm a

Fm a

dengan memasukkan harga-harga F = 50 N, x = 10 m,

m = 100 kg, maka akan didapatkan v = 3.2 m/s.

Sebuah gaya F bekerja pada sebuah benda bermassa m1 menghasilkan percepatan a1. Gaya yang sama bekerja pada benda bermassa m2 menghasilkan percepatan a2 = 2a1. Jika m1 dan m2 dilekatkan satu sama lain dan gaya yang sama F bekerja pada gabungan 2 benda tersebut, hitung percepatan yang dihasilkan!

Contoh 2:

Penyelesaian:

F a1

m1 F a2 = 2a1

m2

F a = ? m1 m2

Karena a2 = 2a1, maka untuk gaya yang sama berlaku:

maka percepatan gabungannya adalah:

123

121

121

121

2

)( mmmmmm

mm

gab

132

1

32

1

aFFF

a2

3

mmmgabgab

Hukum Newton III

Hukum Newton III disebut juga sebagai hukum aksi-reaksi, berbunyi sbb:

“Bila suatu benda pertama memberikan gaya (aksi) kepada benda kedua, maka benda kedua ini akan memberikan gaya (reaksi) pada benda pertama yang besarnya sama dan arahnya berlawanan”

Jadi untuk setiap gaya aksi, selalu ada gaya reaksi yang besarnya sama dan arahnya berlawanan.

ditulis: ABBA ,, FF

:,BAF

:,ABF

Gaya yang bekerja pada A karena/oleh B.

Gaya yang bekerja pada B karena/oleh A.

Pertanyaan:

a ??

FO,BFB,O

Lantai es

BOOB ,, FF Menurut hukum Newton III:

Mengapa benda tersebut (akan) bergerak?

Benda yang dijatuhkan di dekat permukaan bumi akan jatuh dengan percepatan g yang sama jika hambatan udara dapat diabaikan.

Gaya yang menyebabkan percepatan benda jatuh ini disebut gaya gravitasi.

Besarnya gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda, FG besarnya biasa disebut berat benda, dapat ditulis sebagai

Gaya Gravitasi dan Gaya Normal

Wg mGF Arah gaya ini menuju ke pusat bumi.

Gaya gravitasi bekerja pada sebuah benda ketika benda tersebut jatuh. Ketika benda berada dalam keadaan diam di Bumi, gaya gravitasi padanya tidak hilang, hal ini dapat dibuktikan dengan menimbang benda menggunakan neraca pegas. Mengapa benda tidak bergerak?

Menurut hukum Newton II, gaya total yang berkerja pada benda yang tetap diam adalah nol.

Jadi mesti ada gaya lain yang bekerja pada benda tersebut yang besarnya sama dan arahnya berlawanan dengan arah gaya gravitasi.

Gaya ini dinamakan gaya normal (FN)

Definisi gaya normal:

Gaya yang tegak lurus terhadap permukaan kontak

Definisi gaya kontak:

Gaya yang diberikan oleh suatu benda terhadap benda

lain yang bersentuhan (kontak) dengannya

Ketika sebuah benda bergerak sepanjang permukaan yang kasar (yang paling licin pun sebenarnya sangat kasar dalam skala mikroskopis) gaya gesekan kinetik bekerja dengan berlawanan arah terhadap kecepatan benda.

Besar gaya gesek kinetik bergantung pada jenis kedua permukaan benda yang bersentuhan. Secara umum gaya gesekan sebanding dengan gaya normal antara kedua permukaan.

Gaya Gesekan

Nkfr FF

:frF:k

Gaya gesekan

Koefisien gesekan kinetik

Pada benda yang diam di atas sebuah permukaan akan terdapat gesekan statik yang besarnya dapat dinyatakan sebagai : Ffr ≤ µsFN,

Bila kita perhatikan, ketika kita menarik atau mendorong meja, akan lebih mudah menjaga agar sebuah benda yang berat tetap bergerak daripada membuatnya mulai bergerak. Hal ini konsisten dengan kenyataan bahwa harga µs yang lebih besar daripada µk .

AnimasiGaya