Kinematika, Kinematika Dinamika Gaya, & UsahaUsaha-Energi
Kinematika y
y y
Membahas mengenai gerak dari suatu benda dalam ruang 3 dimensi tanpa memperhitungkan gaya yang menyebabkannya. Pembahasan meliputi p :p posisi,, kecepatan p dan percepatan. Gerak dapat berupa gerak lurus beraturan (glb) dan gerak lurus berubah beraturan (glbb).
Suatu benda dalam ruang g 3D dapat p ditentukan ; y
Posisi :
y
Gerak benda :
y
Perpindahan :
y
Kecepatan rata-rata :
y
Kecepatan Sesaat :
y
P Percepatan t rata-rata t t :
y
Percepatan sesaat :
y
Gerak :
y
Gerak Peluru :
y
Gerak Melingkar :
y
Percepatan Sudut :
DINAMIKA Bahasan tentang kaitan antara gerak suatu benda keadaan g dengan penyebabnya. Dinamika mempelajari tentang gerak dengan menganalisis penyebab gerak tersebut. Dinamika meliputi: Hubungan antara massa dengan gaya : Hukum Newton tentang gerak. Momentum Impuls dan Momentum, Hukum kekekalan momentum. Kerja, Energi dan Hukum k k k l energii kekekalan (Tipler, 1998)
GAYA
Gaya muncul muncul sebagai sebagai interaksi dari dua buah benda/sistem Pada suatu benda bisa bekerja j beberapa p gaya g y sekaligus.Gayag y gaya ini muncul karena adanya interaksi benda tersebut dengan lingkungannya. Jika benda dalam keadaan setimbang, g, resultan gaya g y yang y g bekerja j pada benda tersebut adalah nol.
MacamMacam -macam gaya y
y
y
4 gaya yang berpengaruh di alam yaitu ◦ Gaya Elektromagnetik (Electromagnetic Force) ◦ Gaya Gravitasi (Gravitation Force) ◦ Gaya Interaksi Kuat (Strongth Force) ◦ Gaya G Interaksi I t k iL Lemah h (Weak (W k Force) F ) Gara interaksi : gaya yang ditimbulkan oleh suatu benda pada benda lain walaupun letaknya berjauhan ◦ gaya gravitasi, gaya listrik, gaya magnet Gaya kontak : gaya yang terjadi hanya pada benda-benda yang bersentuhan ◦ gaya normal, gaya gesek dan gaya tegang tali
“Sebuah benda akan berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan apabila resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol”
“Benda akan mengalami percepatan jika k ada d gaya yang bekerja b k pada d b benda d tersebut dimana gaya ini sebanding dengan suatu konstanta(massa) dan percepatan benda”
Hukum Newton II
Hukum III Newton
“Dua Dua benda yang berinteraksi akan timbul gaya pada masingmasingmasing benda yang arahnya berlawanan arah dan besarnya sama” Jika sebuah benda pertama memberikan gaya pada benda kedua, maka pada saat yang sama benda kedua ini juga memberikan gaya pada benda pertama dengan gaya yang sama besar tapi berlawanan arah Menurut bahasa yang dipermudah Faksi = -Freaksi Sebuah buku terletak di atas meja. Pada buku tersebut bekerja gaya gravitasi dan gaya yang normal yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan.
http://poexpoe.files.wordpress.com/2008/06/microsoft-powerpoint-gaya-dan-gerak2.pdf
Hukum III Newton dalam Kehidupan Sehari-hari: Hukum III Newton berlaku ketika kita berjalan atau berlari Ketika kita berlari, gaya aksi berupa dorongan yang diberikan oleh telapak kaki kita kepada permukaan tanah sangat besar sehingga gaya reaksi yang diberikan oleh permukaan tanah kepada telapak kaki kita juga sangat besar. besar Akibatnya kita bisa berlari dengan kencang. kencang Jadi besarnya gaya reaksi yang diberikan oleh permukaan tanah atau lantai kepada telapak kaki kita sebanding alias sama besar dengan gaya aksi yang kita berikan dan arahnya berlawanan. Hukum III Newton berlaku ketika kita berenang Ketika kita berenang, kaki dan tangan kita mendorong air ke belakang. Sebagai reaksi, air mendorong kaki dan tangan kita ke depan sehingga kita berenang ke depan depan, Hukum III Newton berlaku pada pistol atau senapan yang ditembakkan . Ketika sebuah peluru ditembakan, pistol atau senapan memberikan g gaya y aksi kepada p peluru dengan p g mendorong g p peluru ke depan. Karena mendapat gaya aksi maka peluru tersebut mendorong pistol atau senapan ke belakang. Akibatnya, para penembak merasa tersentak ke belakang akibat dorongan tersebut.
Hukum III Newton berlaku pada Balon Udara yang bergerak. posisi balon tegak, Jika p g , di mana mulut balon berada di bawah, maka balon akan meluncur ke atas. Balon bergerak ke atas karena balon memberikan gaya aksi dengan mendorong udara ke bawah (udara keluar lewat mulut balon). Udara yang keluar lewat mulut balon memberikan gaya reaksi dengan mendorong balon ke atas, sehingga balon bergerak ke atas. Apabila posisi balon dibalik, di mana mulut balon berada di atas, t maka k b balon l akan k bergerak b k ke k bawah. b h Besar B gaya aksi k i dan reaksi sama, hanya berlawanan arah. Hukum III Newton berlaku pada Ikan Gurita yang bergerak dalam air. air Ikan gurita bergerak ke depan dengan menyemprotkan air ke belakang (gaya aksi); air yang disemprotkan tersebut mendorong ikan gurita ke depan (gaya reaksi), reaksi) sehingga ikan gurita bisa berenang bebas di dalam air laut. Peluncuran Roket menggunakan konsep Hukum III Newton. Konsep dasar peluncuran roket sama dengan percobaan balon yang meluncur ke atas.
Catatan : Gaya mempengaruhi gerak benda jika diberikan kepada benda tersebut. Gaya y yang y g diberikan oleh sebuah benda tidak mempengaruhi p g benda tersebut, tetapi mempengaruhi benda lain yang diberi gaya itu. Misalnya, ketika roda memberikan gaya aksi kepada jalan, maka gaya tersebut mempengaruhi jalan, bukan roda sebagai pemberi gaya aksi. Demikian juga ketika jalan memberi gaya reaksi kepada roda roda, maka gaya tersebut mempengaruhi roda; tidak mempengaruhi jalan. Intinya gaya mempengaruhi benda lain yang diberikan gaya. Gaya aksi yang diberikan roda bekerja pada jalan, sedangkan gaya reaksi yang diberikan jalan, bekerja pada roda.
Gaya Normal Bekerja pada dua permukaan yang bersentuhan. Arahnya tegak lurus permukaan (arah normal). Fungsinya (jika benda dalam keadaan seimbang) menyeimbangkan gaya pada arah tegak lurus permukaan. Gaya normal adalah gaya reaksi dari gaya berat b t yang dikerjakan dik j k pada d benda terhadap bidang dimana benda itu berada dan tegak lurus bidang. N = m g atau N = mg cos θ
GAYA GESEKAN STATIK DAN KINETIK Gaya gesekan yang bekerja pada dua permukaan benda yang g disebut bersentuhan,, ketika benda tersebut belum bergerak gaya gesek statik (lambangnya fs). Gaya gesek statis yang maksimum sama dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak. Ketika benda telah bergerak, gaya gesekan antara dua permukaan g p biasanya y berkurang g sehingga gg diperlukan gaya yang lebih kecil agar benda bergerak dengan laju tetap. Ketika benda telah bergerak, gaya gesekan masih bekerja pada permukaan benda yang bersentuhan tersebut. Gaya gesekan yang y g bekerja j ketika benda bergerak g disebut g gaya y gesekan g k kinetik k (lambangnya (l fk) (kinetik (k k berasall d dari bahasa h yunani yang berarti “bergerak”). Ketika sebuah benda bergerak pada permukaan benda lain, gaya gesekan bekerja berlawanan arah p kecepatan p benda. Hasil eksperimen p menunjukkan j bahwa terhadap pada d permukaan k b benda d yang k kering tanpa pelumas, l b besar gaya gesekan sebanding dengan Gaya Normal.
Gesekan statis
Gesekan kinetis
Gaya dapat berupa : zat
padat dengan dan p g zat padat p zat cair dengan zat padat
Gaya gesek dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu
keadaan permukaan, kecepatan relatif, gaya yang bekerja, dsb Umumnya µk < µs µk=koefisien gesek kinetik µs=koefisien gesek statik
Gaya y Tegang g g Tali Gaya y tegang g g tali adalah gaya yang terjadi pada tali, pegas atau batang yang ujung ujung dihubungkan ujung-ujung dengan benda lain. Gaya tegang tali memenuhi T =Σ F = mg
BERAT ((Gaya y Gravitasi ) Berat atau Gaya Gravitasi adalah gaya tarik bumi terhadap benda-benda di sekitar permukaan bumi. W= beratbenda m= massabenda g =percepatangravitasi
y
Jika sebuah benda menempuh p jjarak sejauh j S akibat gaya F yang bekerja pada benda tersebut maka dikatakan gaya itu melakukan usaha, dimana arah gaya F harus sejajar dengan arah jarak tempuh S. USAHA adalah hasil kali (dot product) antara gaya dengan d j jarak k yang ditempuh. dit h
Usaha - Energi g
y
y y y y
W=FS=| |F| | |S| cos q dimana : q = sudut antara F dan arah g gerak Satuan usaha/energi : 1 Nm = 1 Joule = 107 erg Dimensi usaha energi: [W] = [E] = ML2T-2 Kemampuan untuk melakukan usaha menimbulkan suatu ENERGI (TENAGA). E Energi id dan usaha h merupakan k besaran b skalar.
Beberapa jenis energi di antaranya adalah: y ENERGI KINETIK (Ek) Ek trans = 1/2 m v2 Ek rot = 1/2 I w2 m = massa v = kecepatan I = momen inersia w = kecepatan sudut y ENERGI POTENSIAL (Ep) Ep = m g h h = tinggi benda terhadap tanah y ENERGI MEKANIK (EM) EM = Ek + Ep Nilai EM selalu tetap/sama pada setiap titik di dalam lintasan suatu benda. y HUKUM KEKEKALAN ENERGI, yaitu energi selalu tetap tetapi bentuknya bisa berubah; artinya jika ada bentuk energi yang hilang harus ada energi bentuk lain yang timbul, yang besarnya sama dengan energi yang hilang tersebut. tersebut Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2 Ek + Ep = EM = tetap
PRINSIP USAHA-ENERGI Jika pada peninjauan suatu soal, terjadi perubahan kecepatan akibat gaya yang bekerja pada benda sepanjang jarak yang ditempuhnya, maka prinsip usahaenergi berperan penting dalam penyelesaian soal tersebut y W tot = DEk ® S F.S = Ek akhir - Ek awal y W tot = jumlah aljabar dari usaha oleh masing-masing gaya = W1 + W2 + W3 + ....... y D Ek = perubahan energi kinetik = Ek akhir - Ek awal ENERGI POTENSIAL PEGAS (Ep) y Ep = 1/2 k D x2 = 1/2 Fp Dx D y Fp = - k Dx y Dx = regangan pegas k = konstanta pegas Fp = gaya pegas y Tanda minus (-) menyatakan bahwa arah gaya Fp berlawanan arah dengan arah regangan x. y 2 buah pegas dengan konstanta K1 dan K2 disusun secara seri dan paralel: seri paralel 1 = 1 + 1 Ktot K1 K2 Ktot = K1 + K2 Note: Energi potensial tergantung tinggi benda dari permukaan bumi. Bila jarak benda jauh lebih kecil dari jari jari-jari jari bumi, maka permukaan bumi sebagai acuan pengukuran. Bila jarak benda jauh lebih besar atau sama dengan jari-jari bumi, pusat bumi sebagai acuan.
Sulityo. E, Sutikno. E. Diktat Kinematika. http://mesin.brawijaya.ac.id/ diktat_ajar/kinematika.php diktat ajar/kinematika.php [13 Juli 2009] http://poexpoe.wordpress.com/fisika/dinamika-gaya-dan-gerak/ [13 Juli 2009] http://bima ipb ac id/~tpb ipb/materi/fisika pdf/P03 http://bima.ipb.ac.id/~tpb-ipb/materi/fisika_pdf/P03Dinamika.pdf [13 Juli 2009] http://gurumuda.wordpress.com/category//3-dinamika/ [13 Juli 2009]
http://www.gurumuda.com/2008/09/hukum-ii-newton/ htt // d /2008/09/h k ii t / [13 JJuli li 2009] http://www.gurumuda.com/2008/09/gaya-gesekan-gesekanstatis-dan-kinetis/ [13 Juli 2009] http://free.vlsm.org/v12/sponsor/SponsorPendamping/Praweda/Fisika/0267%20Fis-1-2d.htm [13 Juli 2009]
