Bahan Ajar IPA Terpadu

Bahan Ajar IPA Terpadu

IPA SMP Kelas VIII

Setelah mempelajari materi gerak lurus diharapkan ananda mampu 1.

Mendefinisikan gaya

2.

Mengidentifikasi jenis-jenis gaya dalam kehidupan sehari-hari

3.

Mengidentifikasi gaya gesekan yang menguntungkan dan merugikan dalam kehidupan sehari-hari

4.

Melukiskan gaya-gaya searah dan berlawanan arah beserta resultan gaya

Allah menyuruh kepada orang yang berpikir untuk mengenal ciptaanNya termasuk diri sendiri. Siapa yang mengenal dirinya akan mengenal Allah. Allah berfirman dalam al fushilat ayat 53 “kami akan memperlihatkan kepada mereka tanda-tanda kekuasaan 1


IPA SMP Kelas VIII

kami di segenap ufuk dan pada diri mereka sendiri sehingga jelaslah bagi mereka bahwa al Qur’an itu adalah benar. Apakah Tuhanmu tidak cukup bagi kamu bahwa sesungguhnya dia menyaksikan segala sesuatu”. Kita dapat mendorong, menarik, mengangkat, menahan sesuatu karena dalam diri kita ada gaya otot. Bagaimana cara kerja dari gaya otot dalam

Gambar Kita dapat mendorong, menarik, mengangkat, menahan sesuatu karena dalam diri kita ada gaya otot.

di ri kita ?.Orang yang berpikir akan memikirkan dengan baik tentang adanya gaya dalam diri manusia.

Suatu mobil yang mogok perlu didorong untuk menggerakkannya. Mobil mogok dapat pula ditarik oleh suatu mobil derek. Pada kedua kasus ini terjadi perubahan kecepatan dari mobil yang mogok. Mobil mogok mula-mula dalam keadaan diam akibat

didorong

kecepatannya.

atau

ditarik

Terjadinya

berubah perubahan

kecepatan dari mobil yang mogok karena ada gaya yang bekerja pada mobil. Apa

Gambar Mobil yang mogok ketika diberika gaya baik itu tarikan atau dorongan makan akan bergerak

contoh lain gaya yang menyebabkan perubahan kecepatan pada sebuah benda dalam kehidupan kita sehari-hari?. Gaya

adalah

suatu

dorongan

atau

tarikan

yang

dapat

mempengaruhi keadaan suatu benda. Pengertian lain dari gaya adalah sesuatu aksi yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan percepatan atau bentuk suatu benda. Satuan gaya dalam mks adalah Newton

2


IPA SMP Kelas VIII

sedangkan dalam cgs adalah Dyne. Karena itu gaya merupakan suatu penyebab terjadi perubahan percepatan dan perubahan bentuk benda. Gaya tidak hanya terjadi pada benda-benda yang tampak oleh kita. Dalam kimia, gaya juga terjadi pada ion-ion. Ion dapat berupa ion positif dan negatif. Ion-ion yang bermuatan berlawanan memiliki gaya tarik listrik yang kuat. Ikatan kimia yang terjadi karena gaya tarik listrik ini disebut ikatan ion. Senyawa yang terbentuk karena adanya ikatan ion disebut senyawa ion. Adanya gaya tarik yang kuat ini bisa menjelaskan mengapa garam-garam atau senyawa ion umumnya memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi, jauh lebih tinggi dari zat-zat yang tersusun atas molekul-molekul. Gaya memiliki peranan penting untuk mengubah keadaan suatu benda. Pengaruh gaya terhadap suatu benda antara lain: gaya dapat menyebabkan benda diam menjadi bergerak, contohnya sebuah batu yang awalnya diam karena di tending maka batu itu menjadi bergerak. Gaya dapat menyebabkan benda bergerak menjadi diam, contohnya seorang pemain basket yang sedang menangkap sebuah bola basket. Gaya dapat menyebabkan benda berubah arah, contohnya seorang teman menendang sebuah bola kaki ke arahmu, kemudian kamu menendang balik bola itu. Gaya dapat menyebabkan benda bergerak lebih cepat, contohnya ketika adikmu bermain sepeda lalu kamu memberikan gaya dorong sehingga menyebabkan sepeda bergerak lebih cepat. Gaya dapat mengubah bentuk suatu benda, contoh ketika bermain plastisin, bentuk plastisin dapat berubah karena diberikan gaya. Untuk setiap kasus yang dikemukakan, apa contoh-contoh lainnya pengaruh dari gaya pada benda dalam kehidupan sehari-hari ?.

Gaya dalam kehidupan sehari-hari ditemukan dalam berbagai jenis. Sebagai contoh gaya otot, gaya berat, gaya gesekan, gaya listrik, dan sebagainya. Secara umum gaya dapat dikelompokkan atas dua jenis yaitu gaya sentuh dan gaya tak sentuh.

3


IPA SMP Kelas VIII

a. Gaya Sentuh Gaya sentuh yaitu gaya yang bekerja pada suatu benda dengan melalui sentuhan pada permukaan benda tersebut. Contoh : seseorang yang mengangkat barbel. Orang tersebut memberikan kontak langsung dengan barbel. Contoh-contoh gaya sentuh dalam kehidupan adalah gaya otot, gaya gesekan, gaya normal, gaya pegas, dan gaya mesin. Apa contoh lain gaya sentuh dalam kehidupan kita ?.

Gambar Gaya seseorang untuk mengangkat barbel

1). Gaya Otot Otot adalah suatu jaringan dalam tubuh manusia dan hewan yang berfungsi sebagai alat gerak aktif untuk menggerakkan tulang.

Gaya

otot

adalah

gaya

yang

dihasilkan oleh energi otot manusia dan hewan. Kegiatan yang menggunakan gaya otot

seperti

menarik,

mendorong,

mengangkat, atau menahan suatu benda. Contohnya gaya otot dalam kehidupan Gambar Kuda yang menarik kereta merupakan

sehari-hari adalah kuda yang menarik kereta, suatu bentuk gaya otor yang ada pada kuda orang yang mendorong mobil, dan pemain menendang bola. 2). Gaya Normal Gaya normal adalah gaya sentuh yang tegak lurus terhadap permukaan sentuh. Gaya Normal (N) bekerja pada bidang sentuh antara dua benda yang saling bersentuhan dan arahnya selalu tegak lurus pada bidang sentuh. Contoh gaya normal, ketika kita me letakan sebuah kotak di atas meja, berat kotak tersebut menekan meja ke bawah dan sebaliknya

meja

membalas

dengan

N

memberikan gaya ke atas. Gaya yang diberikan oleh meja bisa disebut gaya kontak, karena gaya tersebut terjadi karena adanya sentuhan antara kotak dan meja dan

W

4


IPA SMP Kelas VIII

(a)

arahnya tegak lurus terhadap bidang sentuh. Gaya normal suatu benda bermassa m di

N

atas bidang datar berbeda dengan benda di atas bidang miring. Untuk benda bermassa m yang terletak pada bidang datar, gaya



W

normal adalah

NWmg Untuk benda bermassa m yang terletak pada

(b) Gambar (a) Benda Pada Bidang Datar (b) Benda Pada Bidang Miring

bidang miring yang membentuk sudut  dengan bidang datar memilki gaya normal yang berbeda saat terletak di bidang datar. Gaya normal untuk khasus ini adalah

N  Wy  m g cos  Disini: N = Gaya normal (N) W = Berat benda (N) m = Massa benda (Kg) g = Percepatan gravitasi bumi (m/dt2)

Sebuah terletak diam diatas sebuah lantai, jika massa benda itu 3 kg. a) Tentukan gaya normal yang diterima benda tersebut dari lantai jika percepatan grafitasi bumi 10 m/dt2 ! b) Jika benda tersebut terletak pada sebuah bidang miring dengan kemiringan sebesar 450. Berapakah gaya normal yang diterima benda dari bidang miring tersebut! Diketahui : m = 3 kg g = 10 m/dt2 Tanya :

a) wdatar? b) wmiring?

Jawab :

a) N = w = m x g N = w = 3 kg x 10 m/dt2 N = w = 30 N Jadi, gaya normal yang diterima benda tersebut adalah 30 5


IPA SMP Kelas VIII

b) N = w = m x g x cos Ѳ N = w = 3 kg x 10 m/dt2 x cos 450 N = w = 3 kg x 10 m/dt2 x 0,7 N = w = 21 N Jadi, gaya normal yang diterima benda tersebut adalah 21 N 3). Gaya Gesekan Gaya gesekan merupakan gaya yang ditimbulkan oleh permukaan benda yang saling bergesekan. Kedua permukaan yang bergesekan pasti bersentuhan sehingga gaya gesekan dikatakan gaya sentuh. Gaya gesekan arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak benda, sehingga dapat melambatkan gerak benda. Gesekan mengubah energi kinetik menjadi energi panas ketika gesekan menahan gaya gesekan. Gaya gesekan dibedakan menjadi : a) Gaya gesekan statis, merupakan gaya gesekan yang timbul sejak benda diberi gaya sampai sesaat sebelum benda dimulai bergerak. b) Gaya gesekan kinetis, adalah gaya gesekan yang timbul ketika benda bergerak. Gaya gesekan ditentukan oleh kehalusan atau kekasaran permukaan benda yang bersentuhan. Semakin halus permukaan benda maka semakin kecil gaya gesekan. Sebaliknya, semakin kasar permukaan benda, semakin besar gaya gesekan. Dalam kehidupan sehari-hari gaya gesekan ada yang menguntungkan dan ada yang merugikan. Beberapa gaya gesekan yang menguntungkan dalam kehidupan seharihari antara lain: a)

Gaya gesekan antara alas kaki dengan lantai pada saat berjalan. Jika permukaan lantai atau telapak kaki licin, maka dapat dipastikan orang yang berjalan tersebut akan jatuh tergelincir. Dengan alas kaki yang kasar menyebabkan orang yang berjalan tidak mudah tergelincir.

b) Gaya gesekan pada penggunaan rem kendaraan seperti mobil, sepeda motor, dan sepeda berfungsi untuk menghentikan laju kendaraan tersebut. c)

Gesekan antara gerinda dengan pisau sehingga mata pisau menjadi tajam.

d)

Gaya gesekan udara saat parasut dikembangkan, dan sebagainya. Disisi lain ada gaya gesekan yang merugikan manusia dalam kehidupan manusia. Sebagai contoh adalah:

a)

Gaya gesekan pada komponen mesin yang berputar dan bersentuhan satu sama lain. Gaya gesekan ini merugikan karena akan menimbulkan panas dan mesin cepat aus 6


IPA SMP Kelas VIII

sehingga akan mudah rusak. Cara untuk mengurangi pengaruh gaya gesekan ini dengan memberi minyak pelumas pada mesin. Cara lain dalam mengurangi gaya gesekan pada mesin adalah dengan memasang bola-bola besi kecil di antara bagian yang berputar, contohnya adalah pada poros roda sepeda. b) Gaya gesekan antara permukaan ban dengan jalan raya. Pada jalan yang kasar atau tidak rata, gaya gesekan antara roda dengan jalan sangat besar sehingga sulit untuk melaju dengan cepat. Oleh karena itu, pada jalan raya dilapisi dengan aspal supaya halus dan kendaraan dapat Gambar Gaya gesekan antara permukaan ban

dengan jalan raya merupakan salah satu kerugian gaya gesek dalam kehidupan sehari-hari

melaju dengan cepat. c)

Gaya gesekan udara dengan benda yang begerak. Contohnya mobil balap didesain sedemikian rupa supaya gaya gesekan udara tidak mengurangi kelajuan mobil. Bentuk mobil dengan memperkecil gaya gesekan udara disebut bentuk mobil yang aerodinamis.

d) Gesekan air laut dan kapal menyebabkan dapat menghambat kapal laut. 4). Gaya Pegas Pegas merupakan benda eleastis yang dapat digunakan untuk menyimpan energi mekanis. Umumnya pegas terbuat dari baja. Gaya pegas adalah gaya yang dimiliki oleh pegas yang tergantung atau pegas yang terenggang ataupun termampatkan. Gaya pegas juga terdapat pada anak panah yang

terlepas

dari

busurnya.

Contoh

lainnya : perenang yang meloncat dari papan loncat di kolam renang.

Gambar Pegas dapat teregang dan mampat, pegas banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari

7


IPA SMP Kelas VIII

5). Gaya Mesin Mesin adalah suatu alat yang terdiri dari satu atau lebih bagian dan menggunakan energi untuk melakukan usaha tertentu. Secara umum mesin dapat dikelompokkan atas dua bagian. Pertama, mesin sederhana seperti tuas, katrol, bidang datar, roda dan porosnya. Kedua, mesin komplek seperti mesin kendaraan, mesin bubut, mesin potong, dan sebagainya. Gaya mesin adalah tarikan atau dorongan yang dilakukan oleh.

Gambar Sebuah mobil yang sedang bergerak melaju karena adanya gaya mesin.

mesin. Contohnya, sebuah mobil yang sedang bergerak melaju karena ada gaya mesin. b. Gaya Tak Sentuh Gaya tak sentuh adalah gaya yang bekerja pada benda tanpa adanya sentuhan dengan benda tersebut. Buah mangga jatuh dari pohonnya termasuk gaya tak sentuh. Contoh-contoh gaya tak sentuh adalah gaya gravitasi bumi, gaya listrik, dan gaya magnet. Apa contoh lain gaya tak sentuh dalam kehidupan kita ?. 1). Gaya Gravitasi Bumi Gaya

gravitasi

merupakan

gaya

yang

ditimbulkan oleh tarikan bumi. Contoh gaya gravitasi adalah jatuhnya buah dari atas pohon dengan sendirinya. Semua benda yang dilempar ke atas akan tetap kembali ke bawah karena pengaruh gravitasi bumi. Berat suatu benda adalah gaya yang disebabkan

oleh

gravitasi

bumi

yang

berkaitan dengan massa benda tersebut. Massa suatu benda adalah tetap tetapi beratnya dapat berubah tergantung kepada percepatan gravitasi bumi di suatu tempat. Berat suatu benda dapat dihitung dengan

Gambar Sebuah mobil bergerak lurus berturan pada jalan yang lurus, kecepatan dari mobil ini tidaklah berubah terhadap waktu

mengalikan massa benda dengan percepatan gravitasi dimana benda berada. 8


IPA SMP Kelas VIII

Wmg Dimana: W = Berat benda (N) m = Massa benda (kg) g = Percepatan gravitasi (m/dt2)

Ketika diukur menggunakan neraca pegas, berat suatu benda adalah 9 N, dan diukur dengan nerasa memiliki massa 918 gram, tentukan percepatan gravitasi yang dialami benda tersebut! Diketahui : w = 9 N m = 918 gram Tanya :

g?

Jawab :

g

w m

g

9N  9,8 m/dt 2 0,918 kg

Jadi percepatan yang dialami benda tersebut adalah 9,8 m/dt2

9


IPA SMP Kelas VIII

Seorang astronot akan melakukan suatu perjalan luar angkasa, ia telah mengetahui bahwa percepatan grafitasi di Bulan yaitu sebesar

kali percepatan grafitasi di Bumi.

Jika percepatan gravitasi di Bumi adalah 10 m/s2 (a)Berapa massa benda itu di Bulan dan Bumi, jika beratnya di Bumi 600 newton? (b)Berapa berat astronot di Bulan,? Diketahui : gbumi = gbulan gbumi = 10 m/dt2 wbumi = 600 N Tanya :

a) mbumi? mbulan? b) wbulan?

Jawab :

a) mbumi = mbulan = m wbumi = m x gbumi m=

=

= 60 kg

/

Jadi, massa astronot tersebut adalah 60 kg b) wbulan = m x gbulan wbulan = 60 kg x

x 10 m/dt2 = 100 N

Jadi, berat astronot di bulan tersebut adalah 100 N Pada tanaman, ada gerak pada bagiannya yang dipengaruhi oleh grafitasi bumi. Gerak ini dikenal dengan geotropism. Akar tumbuh ke bawah dari akar tanaman menuju pusat bumi karena dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi. Gerak pertumbuhan akar adalah geotropisme positif karena searah dengan gaya gravitasi bumi. Disisi lain

pertumbuhan

geotropisme

negatif,

batang karena

termasuk arahnya

berlawanan dengan arah gravitasi bumi.

Gambar Tanaman Dipengaruhi Gravitasi Bumi

10


IPA SMP Kelas VIII

2). Gaya Listrik Gaya listrik adalah gaya yang ditimbulkan oleh benda-benda yang bermuatan listrik. Contoh gaya listrik adalah alat rumah tangga yang digerakkan dengan tenaga listrik, seperti solder listrik mengubah energi listrik menjadi energi panas, radio mengubah energi listrik menjadi energi bunyi, serta lampu mengubah energi listrik menjadi energi cahaya. 3). Gaya Magnet Magnet adalah suatu benda atau bahan yang dapat menghasilkan atau menimbulkan garis-garis gaya magnet, sehingga dapat menarik besi, baja, atau benda-benda lainnya.Gaya magnet adalah tarikan atau dorongan yang dilakukan oleh magnet. Contohnya besi diatas meja akan tertarik oleh magnet saat didekatkan. Gaya magnet adalah gaya yang bekerja pada magnet. Magnet dapat menarik benda benda tertentu. Gaya tarik magnet hanya mampu menarik benda benda tertentu, benda yang dapat ditarik magnet harus benda bahan yang terbuat dari 3 bahan ini, yaitu : Besi, Nikel, Kobalt 4). Gaya Antar Molekul Molekul adalah sekelompok atom paling sedikit dua yang saling berikatan dengan sangat kuat dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil. gaya yang dihasilkan dari interaksi atom-atom dalam suatu senyawa. Selain gaya antar molekul, juga dikenal istilah gaya intra molekul, yaitu gaya yang dihasilkan dari interaksi atomatom dalam suatu senyawa. Perbedaan dari kedua gaya tersebut selain dari interaksinya, juga dapat dilihat dari pengaruh terhadap senyawa. Gaya antar molekul akan berpengaruh pada sifat-sifat suatu materi seperti titik didih, titik leleh dan umumnya lebih lemah interaksinya dibandingkan gaya intramolekul. Disisi lain gaya intra molekul menyebabkan penstabilan senyawa dan lebih kuat interaksi didalamnya.

Pada suatu benda kadang-kadang tidak hanya bekerja satu gaya, tetapi ada dua atau lebih gaya. Sebagai contoh sebuah mobil mogok didorong oleh tiga orang. Masingmasing orang memberikan gaya kepada mobil dengan arah yang sama untuk mengubah 11


IPA SMP Kelas VIII

kecepatan dari mobil. Akibatnya mobil dari keadaan diam berubah menjadi bergerak. Ketiga gaya tersebut dapat digantikan oleh suatu resultan gaya. Resultan gaya adalah gaya pengganti dari dua gaya atau lebih yang bekerja pada suatu benda. Gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda dapat berupa gaya-gaya yang searah, berlawanan arah, saling tegak lurus, atau saling membentuk sudut. Dua gaya yang bekerja searah akan saling memperkuat sehingga resultan gaya lebih besar. Sebaliknya dua buah gaya yang berlawanan arah akan saling meniadakan sehingga resultan gaya lebih kecil. Karena itu, dalam menentukan resultan dari dua gaya atau lebih perlu diperhatikan arah dari masing-masing gaya. 1). Resultan Gaya-Gaya Searah Resultan gaya-gaya searah adalah penjumlahan dari dua buah gaya atau lebih yang memiliki arah yang sama. Contoh dua orang polisi mendorong mobil yang sedang mogok

untuk

menghindari

kemacetan.

Kedua polisi ini memberikan gaya kepada mobil dengan arah yang sama sehingga mobil

bergerak.

Resultan

gaya

yang

diberikan polisi kepada mobil adalah penjumlahan besar masing-masing gaya. Besar resultan gaya adalah:

Gambar Dua polisi mendorong mobil mogok, kedua polisi memberikan gaya yang arahnya sama pada mobil

FR  F1  F2

Dimana: FR = Resultan gaya (N) F1 = Gaya satu (N) F2 = Gaya dua (N)

12


IPA SMP Kelas VIII

Dua orang siswa mendorong meja dengan arah yang sama ke kanan. Jika siswa pertama memberikan gaya kepada meja 30 N dan siswa kedua memberikan gaya 20 N, maka resultan gaya dari kedua orang siswa dilukiskan oleh diagram panah seperti pada Gambar . F1 F2 Resultan gaya dari kedua siswa adalah … Penyelesaian: Diketahui:

F1 = 30 N F2 = 20 N

Ditanyakan:

FR = . . . ?

Jawab:

FR  F1  F2 FR  F1  F2  30 N  20 N FR  50 N

Jadi, besar resultan gaya dari kedua orang siswa adalah 50 N ke arah kanan.

2). Resultan Gaya-Gaya Berlawanan Arah Apabila pada suatu benda bekerja dua buah gaya yang segaris tetapi berlawanan

13


IPA SMP Kelas VIII

arah, maka besar kedua gaya tersebut dapat digantikan dengan sebuah gaya resultan dari selisih dari kedua gaya yang diberikan. Arah dari resultan gaya adalah sama dengan gaya yang lebih besar. Contoh dari resultan gaya berlawanan arah adalah tarik tambang. Resultan gaya adalah selisih dari kedua gaya. Arah dari resultan gaya adalah sama dengan arah gaya tim yang menang.

Gambar Lomba Tarik Tambang dimana resultan gaya adalah selisih dari gaya yang diberikan secara berlawan arah

Pada sebuah benda bekerja dua gaya yang berlawanan arah. Gaya pertama 30 N ke kanan sedangkan gaya kedua 10 N ke kiri. Tentukanlah resultan gaya dari kedua gaya tersebut F2

F1

Diketahui : F1 = 30 N

F2 = 10 N Tanya :

FR = . . . ?

Jawab :

FR  F1  F2 FR  30 N   20 N  FR  10 N

Jadi, besar resultan gaya dari kedua orang siswa adalah 10 N ke arah kanan

14


IPA SMP Kelas VIII

3). Resultan Gaya-Gaya Membentuk Sudut Apabila dua buah gaya saling membentuk sudut bekerja pada suatu benda, kedua gaya tersebut dapat pula digantikan oleh sebuah gaya resultan. Gaya resultan dari kedua gaya ditentukan berdasarkan rumus trigonometri. Contoh yang paling sederhana, pada suatu benda bekerja dua buah gaya yang saling tegak lurus. Diagram resultan kedua gaya adalah: F2 FR F1 Resultan gaya dapat ditentukan dengan mencari diagonal menggunakan rumus Phytagoras dalam bentuk

FR  F12  F22 Contoh Soal 3.

FR  402  302  2500  50 N Jadi resultan gaya adalah 50 N.

Pada suatu benda bekerja dua buah gaya yang saling tegak lurus. Gaya pertama kearah timur sebesar 40 N dan gaya kedua ke arah utara 30 N. Resultan gaya dari kedua gaya yang bekerja pada benda adalah: Diketahui : F1 = 40 N

F2 = 30 N Tanya :

FR = . . . ?

Jawab :

FR  402  302  2500  50 N

Jadi, besar resultan gaya adalah 50 N ke arah kanan

15

Bahan Ajar IPA Terpadu

Recommend Documents