j u r u s a n t e k n i k s i p i ... - universitas · pdf filepenjelasan hukum 1 newton...

J U R U S A N T E K N I K S I P I L

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

Dosen: Tim Dosen Fisika Jurusan Teknik Sipil FT-UB

TKS-4101: Fisika

Hukum Newton

1

http://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=tGi-8xvKB0wXHM&tbnid=5a5Y1ShWJrSymM:&ved=0CAUQjRw&url=http://mathsimulationtechnology.wordpress.com/2012/01/28/newtons-laws-of-motion/&ei=7zhSUtrWE8i-rgeb3YHABQ&bvm=bv.53537100,d.bmk&psig=AFQjCNGpsDM2GvZuf0b_x5VRp5CKO5rsow&ust=1381206427133316

Mempelajari gerak materi tanpa melibatkan

penyebab terjadinya gerak

Kinematika Mempelajari gerak materi

dan penyebab terjadinya gerak

Dinamika

Mekanika

Materi bahasan: Pergeseran, Jarak,

Kecepatan, Percepatan

Materi bahasan: Gaya, Usaha,

Momentum, dll…

Gaya adalah suatu tarikan atau dorongan yang

dikerahkan sebuah benda terhadap benda lain.

Satuan gaya dalam MKS adalah Newton ( N ),

dan dalam cgs adalah dyne

Gaya dapat diukur langsung dengan

menggunakan neraca pegas. Besarnya gaya yang

diukur ditunjukkan oleh jarum penunjuk yang

ada pada neraca pegas.

4

Gaya dapat kita bedakan menjadi dua, yaitu:

Gaya Sentuh adalah gaya yang bekerja pada benda akibat

adanya sentuhan. Contoh gaya sentuh antara lain gaya otot

dan gaya gesek.

Gaya Tak Sentuh gaya tak sentuh adalah gaya yang bekerja

pada benda tanpa adanya sentuhan dengan benda tersebut.

Contoh gaya tak sentuh antara lain gaya gravitasi bumi dan

gaya listrik.

5

Gambar a, b dan c merupakan contoh dari kelompok gaya yang disebut GAYA SENTUH

Gambar d, e, dan f merupakan contoh dari kelompok GAYA TAK SENTUH/ GAYA MEDAN

6

Gaya Sentuh Gaya Medan

w

A. BERAT BENDA ( w )

Berat merupakan gaya gravitasi yang bekerja pada benda dengan rumus

w = m.g

dimana, m = massa benda,

g = percepatan gravitasi bumi

B. GAYA NORMAL ( N )

Arah gaya berat

Vertikal ke bawah (g = 10 m/s2)

Gaya normal : gaya kontak/ gaya sentuh yang bekerja dengan arah tegak lurus bidang sentuh jika dua benda saling bersentuhan

N

w

N

N

w cos w sin

N = F

N = w

N = F w

N = w cos

1 2

N12 N21

N12 = N21 = gaya sentuh benda 1 dan 2

C. GAYA GESEKAN ( f )

Gaya yang melawan arah gerak benda disebut gaya gesekan,

Ada dua jenis gaya gesekan, yaitu gaya gesekan kinetis dan gaya gesekan statis Gaya gesekan kinetis ( fk ) adalah gaya gesekan yang timbul pada saat benda sedang bergerak, sedangkan gaya gesekan statis ( fs ) ketika sedang diam. Secara matematis dirumuskan, dimana N = gaya normal bidang , k adalah koefisien gesekan kinetis, dan s adalah koefisien gesekan statis.

Nf ss Nf kk

Contoh gaya gesekan yang merugikan :

1. Gesekan antar permukaan mesin, mesin cepat aus.

2. Gesekan udara dengan mobil, laju mobil terhambat.

Sedangkan contoh yang menguntungkan :

1. Gaya gesekan antara alas kaki dengan jalan , agar tidak terpeleset saat berjalan.

2. Gesekan jalan dengan permukaan ban motor, agar tidak slip ketika berjalan.

f

arah gaya gesekan f

Gaya Gesekan

GAYA GESEK

Benda diam

F

W

N

fs

Gaya berat

Gaya normal

Gaya gesek statik

Nf smakss ,

Nf kk

statik kinetik

f

F

Benda bergerak

Gaya gesek kinetik

F

W

N

fk

a

maksss fFf ,

0F aF m

makssfF ,

NfbergerakbendafFjika

bergerakmaubendafFjika

NfdiambendafFjika

kkmakss

makss

ssmakss

.)(

)(

.)(

,

,

,

D. TEGANGAN TALI ( T )

Tegangan tali : gaya tegang yang bekerja pada ujung-ujung tali. Dimana gaya tegang pada kedua ujungnya sama besar dan beratnya diabaikan. contoh animasi berikut ini merupakan gaya tegangan tali yang terjadi.

T T

Suatu diagram yang digunakan untuk menunjukkan besar relatif dan arah semua gaya yang bekerja pada suatu benda dalam keadaan tertentu.

N

F

w

fS

Sebagai contoh, sebuah balok diam di atas lantai, maka diagram bebas balok dapat digambarkan sebagai berikut.

KETERANGAN

N = gaya Normal,

fs = gaya gesekan,

w = berat benda,

F = gaya ke kanan

Beberapa gaya yang bekerja pada suatu benda dalam satu

garis kerja dapat diganti oleh sebuah gaya yang dinamakan

resultan gaya.

Dengan memperhatikan gaya sebagai besaran yang memiliki

arah, besarnya resultan gaya (sama dengan jumlah aljabar

gaya-gaya tersebut dan secara matematis dirumuskan:

14

...321 FFFFR

TEKNIK SIPIL Universitas Brawijaya

Selama tidak ada resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda maka benda tersebut akan selalu pada keadaannya, yaitu benda yang diam akan selalu diam dan benda yang bergerak akan bergerak dengan kecepatan konstan.

S F = 0 a = 0

Hukum Kelembaman Sistem Inersia


Sistem Inersia v = konstan

Jika pengaruh dari luar tidak dapat diabaikan, Seberapa jauh sebuah benda mampu mempertahankan sifat kelembamannya ?

MASSA (m) Skalar

Satuan SI kilogram (kg)

1

2

2

1

a

a

m

m


17

Penjelasan Hukum 1 Newton adalah Sifat benda untuk mempertahankan keadaanya yang diam tetap diam, yang bergerak lurus beraturan tetap bergerak lurus beraturan disebut inersia benda atau juga disebut kelembaman. Sifat lembam benda adalah sifat mempertahankan keadaanya, yaitu keadaan tetap diam atau keadaan tetap bergerak beraturan. Setiap benda akan memiliki kecepatan yang konstan kecuali ada gaya yang resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut. Berarti jika resultan gaya nol, maka pusat massa dari suatu benda tetap diam, atau bergerak dengan kecepatan konstan.


18

Apabila mobil bergerak maju secara tiba-tiba, maka tubuh akan

sempoyongan ke belakang, demikian juga ketika mobil tiba-tiba direm,

tubuh akan sempoyongan ke depan. Hal ini diakibatkan karena tubuh

memiliki kecenderungan untuk tetap diam jika diam dan juga memiliki

kecenderungan untuk terus bergerak jika telah bergerak.


19

Hukum Pertama Newton telah dibuktikan oleh para astronout pada saat

berada di luar angkasa. Ketika seorang astronout mendorong sebuah pensil

(pensil mengambang karena tidak ada gaya gravitasi),pensil tersebut

bergerak lurus dengan laju tetap dan baru berhenti setelah menabrak dinding

pesawat luar angkasa. Hal ini disebabkan karena di luar angkasa tidak ada

udara, sehingga tidak ada gaya gesek yang menghambat gerak pensil

tersebut.

Hukum Newton II

Bagaimana jika

resultan gaya yang

bekerja pada suatu

benda tidak sama

dengan Nol?

Fakta menunjukkan:

• Benda akan bergerak

• Muncul kecepatan yang terus berubah (percepatan)

• Massa yang lebih besar lebih susah berubah kecepatannya

Bahasa yang dipermudah

m

Fa

1. Tentukan sistem

2. Gambar diagram gaya benda bebas pada sistem tersebut

3. Menguraikan gaya-gaya pada arah-arah yang mempermudah penyelesaian

4. Memperhatikan arah-arah yang mungkin terjadinya kesetimbangan gaya

5. Susun persamaan dengan memanfaatkan hukum-hukum gerak Newton

6. Selesaikan sistem persamaan yang diperoleh

7. Interpretasikan hasil solusi matematikanya

8. Cermati konsekuensi solusinya, misal : cek kasus ekstrem, atau asimtitotis

Hukum II Newton berbunyi “Percepatan yang ditimbulkan

oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan

besar gayanya dan berbanding terbalik dengan massa

benda.”

Secara matematis dirumuskan maFatau

m

Fa

Jika dalam bentuk vektor maka penulisannya adalah:

Satuan Gaya : newton (N)

kg10N1 2scmg1dyne1

1 N = 105 dyne

1 N = 0.225 lb


24

1. Sebuah bola bilyard diletakkan pada permukaan yang licin sekali (anggap gesekannya tidak ada). Dua gaya berkerja pada bola ini seperti pada Gambar. Hitung percepatan tersebut jika massanya 0,5 kg.


25


26


27


28

Hukum III Newton, yang dikenal sebagai hukum aksi-reaksi, yang

bunyinya “Jika benda pertama memberikan gaya pada benda kedua

maka benda kedua akan memberikan gaya yang besarnya sama tetapi

arahnya berlawanan.”

reaksiaksi FF

Action: tire pushes on road Reaction: road pushes on tire

Contoh Penerapan Hukum III Newton


30

Massa adalah sifat dari benda itu sendiri, yakni ukuran kelembaman benda tersebut atau “jumlah zat’-nya.

Berat adalah gaya, gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda.

Sebuah batu ketika dibawa ke bulan, tetap menjadi batu dengan ukuran yang sama. Yang berbeda adalah berat-nya alias gaya gravitasi yang bekerja pada batu tersebut.

HUBUNGAN ANTARA MASSA DAN BERAT:

Suatu benda dengan massa yang jatuh secara bebas ke bumi hanyalah dipengaruhi oleh satu gaya, yaitu gaya tarik bumi atau gaya gravitasi, yang kita sebut berat W dari benda.

Karena itu F = m a memberikan kita hubungan F = W, a =g dan m; jadi w=mg. berhubung g=10 m/s2 di bumi, maka 1 kg benda beratnya 10 N di bumi.

LATIHAN SOAL

34

F1 F2

35

F1 F2

Gaya sentripetal hanyalah NAMA sejenis gaya yang istimewa yaitu arahnya selalu menuju ke titik pusat lingkaran. Jadi tentukan dulu bidang lingkarannya serta titik pusatnya, baru menentukan arah gaya centripetal. Dengan demikian:

Gaya sentripetal = resultan komponen semua gaya yang menuju ke pusat lingkaran atau radial keluar

Untuk memiliki gaya sentripetal tak perlu melakukan gerak melingkar penuh! Setiap gerak melengkung, bisa didefinisikan gaya centripetalnya.

Ilustrasi. Siapakah yang berfungsi sebagai gaya centripetal (Fc)

Fc = G m M/r2

Bumi mengelilingi matahari. Gaya gravitasi berfungsi jadi gaya centripetal

Tikungan licin. Uraian gaya Normal berfungsi sebagai gaya centripetal

v N

W

Fc = W-N

N cosα = Fc

T

W

Selisih gaya tegangan tali dan gaya berat berfungsi jadi gaya centripetal

Fc = T-W

Selisih gaya gaya berat dan normal berfungsi jadi gaya centripetal

v

Gerak Bumi mengelilingi Matahari

Gerak Satelit Buatan

r F=G.M.m/r2

M

m

Gaya gravitasi berfungsi sebagai gaya centripetal:

m.v2/r = G.M.m/r2

Dipermukaan bumi:

g0 = G.M/R20

Hukum Newton tentang gravitasi

Hukum Gravitasi Umum Newton

Gaya gravitasi antara dua benda

Merupakan gaya tarik menarik yang

besarnya berbanding lurus

dengan massa masing-masing benda dan

berbanding terbalik dengan

kuadrat jarak antara keduanya

Isaac Newton - 1686 2

21.

r

mmFg

m1

r

m2

59

http://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=yR1jh9d1VSwpwM&tbnid=NBFbD_jj1t5AIM:&ved=0CAUQjRw&url=http://hannibalphysics.wikispaces.com/Ch+4+Newton's+Laws&ei=VjhSUrTcNIrqrQfvw4CgCg&bvm=bv.53537100,d.bmk&psig=AFQjCNGpsDM2GvZuf0b_x5VRp5CKO5rsow&ust=1381206427133316

j u r u s a n t e k n i k s i p i ... - universitas · pdf filepenjelasan hukum 1 newton...

Documents