contoh diagram gaya bebas

DINAMIKA
DAN BEBERAPA
CONTOH DIAGRAM GAYA BEBAS
Hukum I Newton
Hukum ini berasal dari Galileo:
• Jika resultan gaya yang bekerja pada benda = 0, maka benda tsb tidak
mengalami perubahan gerak. Artinya jika diam tetap diam, jika bergerak lurus
beraturan, tetap lurus beraturan.
• Disebut hukum inersia sebab menyatakan bilamana resultan gaya=0, benda
cenderung mempertahankan keadaannya (inert).
• Jadi sebenarnya keadaan diam dan gerak lurus beraturan tidaklah berbeda,
dua-duanya tidak memerlukan adanya gaya resultan. Gaya resultan yang
bekerja sama dengan NOL.
• Patut diingat, gaya bersifat vektor, jadi resultannya dilakukan penjumlahan
secara vektor.
Hukum II Newton
Hukum II Newton:
• Jika resultan gaya ∑F bekerja pada massa m, maka massa tersebut
akan mengalami percepatan a. Percepatan yang terjadi (a) akan
sebanding dengan resultan gaya tsb, arahnya sama dengan arah
resultan gaya tsb, dan besarnya akan berbanding terbalik dengan
massanya (m):
∑F = m a
• SI : satuan m : kg, satuan a : m/s2
• satuan F : kg m/s2 (diberi nama : newton atau N)
Hukum III Newton
• Untuk setiap gaya aksi yang bekerja pada sebuah benda,
terdapat gaya reaksi yang bekerja pada benda lain, yang
besarnya sama tapi berlawanan arah.
• Kata kunci : besar sama, berlawanan, bekerja di dua benda
berbeda.
• Secara ketat : dua gaya tersebut mestilah segaris kerja
• Secara longgar: kedua gaya tersebut tidak mesti segaris kerja
Ilustrasi 1:
Sistem dan Lingkungan
N
Belajar mendefinisikan sistem dan
lingkungan, serta menuliskan gaya
yang bekerja pada sistem
W
BUMI
Sebuah kotak terletak di atas meja dengan berat W.
Apakah gaya reaksi dari W ?
Apakah N dan W membentuk pasangan aksi-reaksi?
Apakah gaya reaksi dari N ?
Sistem: Kotak
Lingkungan: meja
dan bumi
W: gaya pada kotak oleh bumi (FKB).
Pasangan gaya reaksi adalah gaya pada bumi oleh kotak (FBK).
N: gaya pada kotak oleh meja (FKM).
Pasangan gaya rekasi adalah gaya pada meja oleh kotak (FMK).
Jadi W dan N bukan pasangan aksi reaksi. Karena bekerja pada
benda yang sama.
Dalam menyelesaikan permasalahan gaya, yang
perlu diperhatikan adalah gaya yang bekerja pada
benda yang akan ditinjau geraknya.
N
N
Hukum Newton
 F  ma
a  0 F  0
N  W  0  N  mg
W=mg
W=mg
N
Pilih sumbu koordinat pada arah gerak
Hukum Newton :  F  ma
W sin
W cos
W

Tegak lurus arah gerak
a  0   F  0  N  W cos   0
 N  mg cos 
Pada arah gerak  percepatan a
 F  ma  w sin   ma  a  g sin 
ms0,4
mk0,2
g=10 m/s2
F
m=10 kg
Berapa
Berapa
Berapa
Berapa
besar
besar
besar
besar
gaya
gaya
gaya
gaya
gesek,
gesek,
gesek,
gesek,
jika
jika
jika
jika
F=1N
F=20N
F=50N
F=100N
M = 2 kg
tan = ¾
ms = 0,4
mk = 0,2
P sin
f
 a
M = 2 kg
tan a= ¾
ms = 0,4
mk = 0,2
P=1N
w
F=ma
W-f-p sin=ma
F
a
M = 2 kg
tan a= ¾
ms = 0,4
mk = 0,2
F=1N
a
Bagaimana jika F = 50 N
Latihan
k1
M = 2 kg
tan a= ¾
ms = 0,4
mk = 0,2
k1 = 50 N/m
k2 = 30 N/m
-Gambarkan diagram gaya
-carilah perbandingan panjang
Pegas tertekan dan tertarik
k2
a
Untuk m1 = 2 kg dan m2 =4kg, mk=0,3 dan ms=0,5
F
m1
m2
1. Gambarkan diagram gaya pada masing-masing benda.
2. Tentukan F saat benda tepat akan bergerak.
3. Bila benda mulai bergerak dengan gaya yang diperoleh sebelumnya,
tentukan percepatan kedua benda
N1
F
m1
m2
K2
N2
F
K1
f2
f1
w1
w2
Gaya minimum yg diperlukan benda hampir bergerak (gaya gesek kedua benda sama):
Hukum Newton
 F  ma
tepat akan bergerak : a  0, gesekan statik
F  K 2  f1  m1a
F  0
K1  f 2  m2 a
F  f s1  f s 2  0  F  f s1  f s 2
F  f1  f 2  (m1  m2 )a
F  m s N t  m s (m1  m2 ) g
Untuk m1 = 2 kg dan m2 =4kg, mk=0,3 dan ms=0,5 => diperoleh F= 30 N
Bila benda mulai bergerak dengan gaya yang diperoleh sebelumnya, tentukan
percepatan kedua benda
Bergerakdg a  0 :
 F  ma
F  f k1  f k 2  (m1  m2 )a
a  ( F  m k (m1  m2 ) g ) /(m1  m2 )
a = 30 – 0,3(2+4)10/(6) = 2 m/s2
Gaya kontak : K= 20 N
Tentukan F minimum jika gaya gesek statik 0,5 dan gaya gesek kinetik 0,3. m1 = 2 kg
dan m2 =4kg, tan =3/4
Jika kemudian, sistem bergerak dengan gaya tersebut. Tentukan percepatan benda.
m2
Gambar diagram gaya bebas
m1

m1
F
m2
Tentukan F minimum jika gaya gesek statik 0,5 dan gaya gesek kinetik 0,3.
Jika kemudian, sistem bergerak dengan gaya tersebut. Tentukan percepatan benda.
T W  0
T
T
W
W
T  W  mg
a
T  W  ma
T  W  ma  mg  ma
T  m( a  g )
a
T  W  ma
T  W  ma  mg  ma
T  m( a  g )
Apa arti jika a=g?
T1
m1
m1
T’2
T2
W1=m1g
m2
W1  T2 'T1  0
W2=m2g
W2  T2  0
W2  T2
T1  (m1  m2 ) g

Jika ms=0,4 dan mk=0,2; m2=2m1.
Tentukan  agar sistem berhenti.
m1
m2
PR
Tentukan perioda
putaran
agar orang dengan
massa 60 kg tidak
jatuh, diketahui
bahwa
ms = 0,4
mk = 0,2
Jari-jari tabung 4 m.
Apa yang akan terjadi
jika perioda putaran
diperbesar?
l
g
20
ar
m
aT
v2
ar 
l
(1,5) 2
ar 
 4,5
0,5
aT  g sin 
aT  10 sin(20)  3,4
g
atotal  ar  aT  5,6
2
aT  g sin 
aT  g sin(90)  g
aT  g sin 
aT  10 sin(0)  0
2
Sebuah satelit mengorbit pada ketinggian 400 km dari permukaan bumi.
Jika g=10 m/s2, dan radius Bumi 6400 km. Tentukan gravitasi yang
dialami satelit.
Tentukan perioda satelit mengelilingi Bumi.
GM
gs 
( R B  hs ) 2
g
GM
( RB ) 2
RB2
gs 
g
2
( R B  hs )
v2
ac  g 
( R B  hs )
v
2 ( RB  hs )
T
Tentukan
kecepatan bola
berputar dan
peioda putaran
Tentukan besar
tegangan tali
C:puncak
B
A:paling rendah