fisika-dasar-mekanika-energi-gerak 6,7,8

BAB II
MEKANIKA & ENERGI GERAK
alifis@corner --- alifis.wordpress.com
2.1 PENGANTAR
Pada bab ini disajikan materi tentang ilmu yang mengupas tentang kinematika,
dinamika dan statika; konsep usaha dan energi, serta momentum dan impuls.
Kinematika adalah mempelajari mengenai gerak benda tanpa memperhitungkan
penyebab terjadi gerakan itu. Benda diasumsikan sebagai benda titik yaitu ukuran, bentuk,
rotasi dan getarannya diabaikan tetapi massanya tidak.
Cabang dari ilmu mekanika yang mempelajari gerak partikel dengan meninjau
penyebab geraknya dikenal sebagai dinamika. Dalam bab ini kita akan membahas konsepkonsep yang menghubungkan kondisi gerak benda dengan keadaan-keadaan luar yang
menyebabkan perubahan keadaan gerak benda.
Konsep fisika dalam dinamika selain Hukum Newton yang juga dapat digunakan
untuk mengetahui keadaan gerak suatu benda yang menghubungkan pengaruh luar (gaya)
dengan keadaan gerak benda, adalah konsep usaha (kerja) dan energi (tenaga). Bedanya
dengan konsep hukum newton, usaha dan energi adalah besaran skalar.
Kompetensi yang diharapkan adalah mahasiswa mampu menerapkan konsep-konsep
dan formulasi dalam mekanika, dan energi gerak serta mampu menganalisa dan memecahkan
persoalan fisika terkait dengan materi di bab ini.
2.2 URAIAN MATERI
A. KINEMATIKA
Kinematika adalah mempelajari mengenai gerak benda tanpa memperhitungkan
penyebab terjadi gerakan itu. Benda diasumsikan sebagai benda titik yaitu ukuran, bentuk,
rotasi dan getarannya diabaikan tetapi massanya tidak. Dalam kinematika meliputi gerak :
• Gerak satu dimensi: gerak lurus beraturan(glb), gerak lurus berubah beraturan(glbb), dan
gerak lurus berubah tidak beraturan
• Gerak dua dimensi: gerak melingkar dan gerak peluru
• Gerak tiga dimensi: gerak benda yang mempunyai tiga komponen(x,y,z) misal gerak
muatan dalam medan magnet dan medan listrik
• Gerak relatif: gerak benda yang diamati oleh pengamat pada saat bergerak atau diam.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
14
Dalam
kinematika
besaran-besaran
yang
mempengaruhi
gerak
benda
adalah:
Perpindahan(displacement), Kecepatan(velocity) dan Percepatan(accelaration)
A.1 GERAK BENDA TITIK
A.1.1 Perpindahan
Letak sebuah partikel dalam ruang dinyatakan oleh vektor posisi r. Vektor posisi ini
dapat dituliskan dalam komponen-komponennnya,




 

r  rx i  ry j  rz k  xi  yj  zk
…………………………(2-1)
Bila partikel bergerak, posisinya berubah terus terhadap waktu. Jadi partikel yang bergerak
memiliki vektor posisi yang merupakan fungsi waktu, demikian juga komponenkomponennya:




r (t )  x(t )i  y(t ) j  z (t )k
…………………………(2-2)
Contoh : r = 4 i + 3 j + 2 k
Gambar 2.1 vektor posisi r = 4 i + 3 j + 2 k
Panjang vektor r ditulis / r /
/ r /=
4 3 2
2
2
=
16  9  4
=
29 satuan
2
Misalkan pada saat t1 partikel berada di titik 1 dengan vektor posisi r1 = r(t1), dan pada saat
t1 benda di titik 2 dengan vektor posisi r2 = r(t2). Perpindahan partikel dalam selang waktu
ini dinyatakan dengan vektor r dari titik 1 ke titik 2. Vektor r ini disebut vektor
perpindahan:
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
15
r = rf – ri
PERHATIKAN.
Titik materi yang bergerak dari A yang posisinya r 1 pada saat t1, ke titik B yang posisinya r 2
pada saat t2.
Gambar 2.2 vektor perpindahan r
Vektor perpindahannya r  r 2  r1 dan selang waktu yang dipergunakan titik materi untuk
bergerak dari A ke B adalah  t  t 2  t 1
A.1.2 Kecepatan
Kecepatan rata-rata adalah rasio vektor perpindahan  r terhadap selang waktu Δt :
v
r

t
r r
t t
2
1
2
1
…………………………(2-3)
Pada persamaan di atas tampak bahwa kecepatan rata-rata tidak tergantung pada lintasan titik
materi, tetapi tergantung dari posisi awal (
r
1
) dan posisi akhir ( r 2 ). Disebut kecepatan
rata-rata karena tidak menggambarkan kecepatan benda yang sesungguhnya, melainkan
hanya kecepatan rata-rata selama selang waktu tersebut.
Jika ingin diketahui kecepatan titik materi pada suatu saat misal saat titik materi
berada di antara A dan B, digunakan kecepatan sesaat. Kecepatan sesaat didefinisikan :
Secara matematis ditulis sebagai :
v
dr
dt
…………………………(2-4)
Laju
Besarnya kecepatan disebut dengan laju. Laju didefinisikan sebagai :
dr
/
dt
Laju dapat pula berarti panjang lintasan dibagi waktu yang bersangkutan.
/v /  /
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
16
Nilai dari komponen kecepatan sesaat dari suatu titik materi dapat dilihat dari kemiringan
grafik yang dibentuk oleh komponen posisi ( r ) terhadap waktu ( t ).
Gambar 2.3 Kemiringan grafik kecepatan sesaat
Persamaan kecepatan sesaat dari grafik di samping di dapat :
v1 = tg 1
v2 = tg 2
Makin besar derajat kemiringannya makin besar pula harga kecepatannya.
Posisi dari suatu titik materi yang bergerak merupakan fungsi waktu, oleh karena itu,
vektor posisi r dapat ditulis sebagai r = r ( t ) artinya r merupakan fungsi waktu ( t ).
Kecepatan titik materi pada sebuah bidang datar/ruang dapat ditulis :
dX
dY
dZ
vY  dt
v Z  dt …………………………(2-5)
v X  dt
X, Y, Z merupakan fungsi dari waktu.
Sebaliknya untuk menentukan posisi titik materi jika diketahui fungsi kecepatannya
maka dapat diselesaikan dengan INTEGRAL ( kebalikan dari deferensial ).
v t  
dX t 
dt
dX t   vt . dt
 dX t    vt . dt
X t    vt . dt
Contoh :
v(t) = 2 t + 5 m/det
maka persamaan posisi titik materi tersebut adalah ......
r =
 v dt
 2t  5
dt
r = t 2 + 5 t + C meter
Dengan C adalah suatu konstanta.
Harga C dicari dengan suatu syarat batas tertentu, misalnya :
t = 0 r (t) = 0 maka harga C dapat dihitung C = 0
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
17
A.1.3 Percepatan
Kecepatan titik materi dapat berubah-ubah setiap saat baik besar, atau arah, ataupun
kedua-duanya yang disebabkan oleh karena adanya percepatan yang dialami oleh titik materi
tersebut. Jika pada saat t1 kecepatan v1 dan pada saat t2 kecepatannya v2, percepatan rataratanya dalam selang waktu  t = t 2 -t 1 didefinisikan sebagai :
a
v

t
v v
t t
2
…………………………(2-6)
1
2
1
Percepatan sesaatnya :
a
 v dv

t  0  t dt
a
dv d dr
d2r

 2
dt dt t  dt
lim
 
…………………………(2-7)
Percepatan merupakan turunan pertama dari kecepatan terhadap waktu (t) atau turunan kedua
dari posisi terhadap waktu (t). Percepatan dalam arah masing-masing sumbu dalam
bidang/ruang dapat dituliskan sebagai :
aX 
dv X d 2 x
 2
dt
dt
dv Y d 2 y
aY 
 2
dt
dt
dv Z d 2 z
aZ 
 2
dt
dt
Sebaliknya untuk menentukan kecepatan dari grafik fungsi percepatan terhadap waktu
dengan cara mengintegralkan :
vt  v0 
t
 a 
0
t
dt
Percepatan rata-rata adalah rasio perubahan kecepatan Δv terhadap selang waktu Δt :
v
a rata rata 
t
…………………………(2-8)
Percepatan sesaat adalah limit rasio ini jika selang waktu mendekati nol. Percepatan
sesaat adalah turunan v terhadap t, yang merupakan turunan kedua x terhadap t :
a
dv d 2 x

dt dt 2
…………………………(2-9)
Percepatan sesaat ditampilkan secara grafik sebagai kemiringan kurva v terhadap t.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
18
Dalam kasus istimewa percepatan konstan, berlaku rumus sebagai berikut :
………………(2-10)
Perpindahan dapat ditampilkan secara grafik sebagai luas di bawah kurva v versus t. luas ini
adalah integral v terhadap waktu dari saat awal t1 sampai saat akhir t2 dan ditulis
x  lim
xi 0
 v t  
i
i
t2
t1
i
vdt
…………………………(2-11)
Dengan cara sama, perubahan kecepatan selama beberapa waktu ditampilkan secara grafik
sebagai luas di bawah kurva a versus t.
Jadi, Posisi titik materi, kecepatan dan percepatan merupakan besaran vektor,
sehingga dapat dinyatakan dengan VEKTOR SATUAN.



r  x i  y j z k
POSISI

KECEPATAN

v  vX i  vY j  vZ k
v
dX  dY  dZ 
i
j
k
dt
dt
dt

PERCEPATAN



a  aX i  aY j  aZ k
a
dv X  dvY  dvZ 
i
j
k
dt
dt
dt
a
d 2 X  d 2Y  d 2 Z 
i  2 j 2 k
dt 2
dt
dt
A.2 GERAK LURUS
Suatu benda melakukan gerak, bila benda tersebut kedudukannya (jaraknya) berubah
setiap saat terhadap titik asalnya ( titik acuan ).
Sebuah benda dikatakan bergerak lurus, jika lintasannya berbentuk garis lurus.
Contoh : - gerak jatuh bebas
- gerak mobil di jalan.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
19
Gerak lurus yang kita bahas ada dua macam yaitu :
1. Gerak lurus beraturan (disingkat GLB)
2. Gerak lurus berubah beraturan (disingkat GLBB)
A.2.1 Jarak dan Perpindahan pada Gerak Lurus
- JARAK merupakan panjang lintasan yang ditempuh oleh suatu materi (zat)
- PERPINDAHAN ialah perubahan posisi suatu benda yang dihitung dari posisi awal
(acuan)benda tersebut dan tergantung pada arah geraknya.
a. Perpindahan POSITIF jika arah gerak ke KANAN
b. Perpindahan NEGATIF jika arah gerak ke KIRI
contoh:
* Perpindahan dari x1 ke x2 = x2 - x1 = 7 - 2 = 5 ( positif )
* Perpindahan dari x1 ke X3 = x3 - x1 = -2 - ( +2 ) = -4 ( negatif )
A.2.2 GERAK LURUS BERATURAN ( GLB )
Gerak lurus beraturan ialah gerak dengan lintasan serta kecepatannya selalu tetap.
Pada Gerak Lurus Beraturan ( GLB ) berlaku rumus :
x=v.t
dimana : x = jarak yang ditempuh ( perubahan lintasan )
v = kecepatan
t = waktu
Grafik Gerak Lurus Beraturan ( GLB )
a. Grafik v terhadap t
Kita lihat grafik di samping : dari rumus x = v . t,
maka :
Gambar 2.5 Grafik v terhadap t
t=1
det,
x = 20 m
t=2
det,
x = 40 m
t = 3 det,
x = 60 m
t = 4 det,
x = 80 m
Kesimpulan : Pada grafik v terhadap t, maka besarnya perubahan lingkaran benda
( jarak ) merupakan luas bidang yang diarsir.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
20
b. Grafik x terhadap t.
Kelajuan rata-rata dirumuskan :
v
x
t
Kesimpulan : Pada Gerak Lurus beraturan
kelajuan rata-rata selalu tetap dalam
Gambar 2.6 grafik x terhadap t
selang waktu sembarang.
A.2.3 GERAK LURUS BERUBAH BERATURAN ( GLBB )
Hal-hal yang perlu dipahami dalam GLBB :
1. Perubahan kecepatannya selalu tetap
2. Perubahan kecepatannya tiap satuan waktu disebut : PERCEPATAN. ( notasi = a )
3. Ada dua macam perubahan kecepatan :
a. Percepatan : positif bila a > 0
b. Percepatan : negatif bila a < 0
4. Percepatan maupun perlambatan selalu tetap, a =
v
t
5. Bila kelajuan awal = vo dan kelajuan setelah selang waktu t = vt, maka :
a=
vt  vo
; at = vt –vo, maka vt = vo + at
t
Oleh karena perubahan kecepatan ada 2 macam, maka GLBB juga dibedakan menjadi
dua macam yaitu : GLBB dengan a > 0 dan GLBB < 0 , bila percepatan searah dengan
kecepatan benda maka pada benda mengalami percepatan, jika percepatan berlawanan arah
dengan kecepatan maka pada benda mengalami perlambatan.
[i] Grafik v terhadap t dalam GLBB.
a>0
vo=0
vt = vo + at
vt = at
a>0
vo  0
vt = vo + at
a<0
vo  0
vt = vo + at
Gambar 2.7 Grafik garis lurus dari GLBB
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
21
JARAK YANG DITEMPUH = LUAS GRAFIK V TERHADAP T.
x = Luas trapesium
= ( vo + vt ) . 21 t
= ( vo + vo + at ) . 21 t
= ( 2vo + at ) . 21 t
x = vot +
1
2
at2
Gambar 2.8 Jarak sebagai luas kurva
[ii] Grafik x terhadap t dalam GLBB
a > 0; x = vot +
1
2
at2
a < 0; x = vot +
1
2
at2
Gambar 2.9 Grafik GLBB berupa parabola
A.2.4 GERAK VERTIKAL PENGARUH GRAVITASI BUMI.
a. Gerak jatuh bebas.
Gerak jatuh bebas ini merupakan gerak lurus berubah beraturan tanpa kecepatan awal
( vo ), dimana percepatannya disebabkan karena gaya tarik bumi dan disebut percepatan
gravitasi bumi ( g ).
Misal : Suatu benda dijatuhkan dari suatu ketinggian tertentu, maka :
Rumus GLBB : vt = g . t
y=
1
2
g t2
b. Gerak benda dilempar ke bawah.
Merupakan GLBB dipercepat dengan kecepatan awal vo.
Rumus GLBB : vt = vo + gt
y = vot +
1
2
gt2
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
22
c. Gerak benda dilempar ke atas.
Merupakan GLBB diperlambat dengan kecepatan awal vo.
Rumus GLBB : vt = vo - gt
y = vot -
1
2
gt2
y = jarak yang ditempuh setelah t detik.
Syarat - syarat gerak vertikal ke atas yaitu :
a. Benda mencapai ketinggian maksimum jika vt = 0
b. Benda sampai di tanah jika y = 0
LATIHAN SOAL
1. Terangkanlah arti grafik-grafik di bawah ini. dan tulis persamaan geraknya.
2. Dalam waktu 4 21 jam, sebuah kendaraan dapat menempuh jarak sejauh 270 km.
a. Berapa kecepatan rata-rata kendaraan ?
b. Dengan kecepatan rata-rata tersebut, berapa jarak ditempuh selama 7 jam.
c. Dengan kecepatan rata-rata tersebut, berapa waktu diperlukan untuk menempuh
jarak sejauh 300 km.
3. Sebuah perahu berlayar dari A ke B dengan kecepatan 10 km/jam dan kembali dari
A dengan kecepatan 16 km/jam.
Hitung : a. Kecepatan rata-rata perahu
b. Kecepatan arus sungai.
4. Posisi suatu partikel sebagai fungsi waktu ditabelkan di bawah ini.
t(det)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
s(m)
0 2,2 6,9 13,9 23,1 34,3 47,2 61,6 77,1
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
9
93,4
B ke
10
110
23
Hitunglah :
a. Kecepatan rata-rata 5 detik pertama dan seluruh perjalanan.
b. Kecepatan rata-rata pada interval t = 3 detik dan t = 7 detik.
c. Kecepatan rata-rata pada interval t = 4 detik dan t = 6 detik.
5.
Sebuah mobil bergerak menurut grafik di
samping ini.
a. Jelaskan arti grafik.
b. Hitunglah jarak yang ditempuh selama
30 detik dengan :
(1) rumus jarak
(2) luas grafik.
A.2.5 Memadu GLB dengan GLBB
Gerak resultannya vR adalah sebuah gerak lurus
beraturan juga.
v R  v1  v2  2 v1 v2 cos
2
2
v1
v2
v

 R ………………………(2-12)
sin  2 sin  1 sin 
Gambar 2.10 resultan gerak
Kalau arah resulatannya v1 dan v2 berimpit, maka gerak resultannya adalah tetap
sebuah gerak lurus beraturan juga.
A.2.5.1 Memadu Gerak GLB dengan GLBB, yang saling tegak lurus
Gerak resultannya adalah sebuah gerak parabola.
Misalkan arah kecepatan v kita sebut sumbu x dan arah
percepatan a kita sebut sumbu y, maka persamaan-persamaan
lintasannya ialah :
Gambar 2.11 Grafik paduan gerak y thd x
x
x=v.t
t=
v
x
y = 85 a t2
y = 21 a ( )2
…………………………(2-13)
v
a
y = 2 . x2 ini adalah suatu persamaan parabola.
2v
v  v X  vY
2
2
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
24
Kalau arah percepatan v dan arah percepatan a berimpit, maka gerak resultannya adalah
sebuah gerak lurus di percepat beraturan dengan kecepatan awal.
Menyusun dua buah gerak lurus dipercepatan beraturan tanpa kecepatan awal.
Gerak resultannya a adalah sebuah gerak lurus beraturan
dipercepat beraturan tanpa kecepatan awal.
a  a1  a2  2 a1 a2 cos
2
2
Gambar 2.12 Grafik
paduan gerak a dan v
Hal - hal istimewa dari dua buah percepatan.
1. a 1 dan a 2 searah ( = 0o )
a = a1 + a2
a searah dengan a 1 dan a 2
2. a 1 dan a 2 berlawanan arah ( = 180o )
a = a1 - a2
a searah dengan a 1 bila a 1 > a 2
3. a 1 dan a 2 tegak lurus( = 90o )
a  a1  a2
2
2
arah a : tg  =
a2
a1
Menyusun dua buah gerak lurus dipercepat beraturan dengan kecepatan awal.
Gerak resultannya adalah sebuah gerak parabola atau sebuah
gerak lurus.
* Resultan geraknnya akan berbentuk parabola bila a dan v
tidak berimpit.
* Resultan geraknya akan berbentuk garis lurus bila a dan v
berimpit.
Gambar 2.13 Grafik paduan gerak v
Dengan kecepatan awal
Syarat agar a dan v berimpit ialah a 1 : a 2 = v1 : v2
Menyusun gerak lurus beraturan dengan gerak lurus dipercepat beraturan dengan kecepatan
awal.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
25
Gerak resultannya adalah sebuah gerak parabola.
Gambar 2.14 Grafik
paduan gerak parabola1
Menyusun gerak lurus dipercepat beraturan tanpa kecepatan awal dengan gerak lurus
dipercepat dengan kecepatan awal.
Gerak resultannya adalah sebuah gerak parabola.
Gambar 2.15 Grafik
paduan gerak parabola1
A.2.5.2 Gerak Parabola
Gerak ini adalah gerak dalam dua dimensi dari peluru/bola yang dilempar miring ke
atas. Kita anggap bahwa gerak ini terjadi dalam ruang hampa, sehingga pengaruh udara pada
gerakan peluru dapat diabaikan. Gerak sebuah peluru dipengaruhi oleh suatu percepatan
grafitasi g dengan arah vertikal ke bawah. Pada arah horisontal percepatannya sama dengan
nol.
Kita pilih titik asal sistem koordinat pada titik dimana
peluru mulai terbang. Kita mulai menghitung waktu
pada saat peluru mulai terbang, jadi kita ambil, pada
saat
t = 0 peluru di ( 0,0 )
Gambar 2.16 Grafik gerak parabola
Persamaan pada sumbu x : vx = vo cos 
x = vo cos  . t
Persamaan pada sumbu y : vy = vo sin  - g . t
y = vo sin  . t -
1
2
g . t2 …………………………(2-14)
Untuk sembarang titik P pada lintasan :
v P  v X  vY
2
2
tg  =
vY
vX
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
26
·
Titik tertinggi ( titik Q ) yang dapat ditempuh oleh peluru adalah :
Dapat dicari sebagai berikut :
Syarat benda mencapai titik tertinggi adalah vy = 0
vy = vo sin  - gt
tmax =
 0 = vo sin  - gt
vo sin 
 substitusikan ke : y = vo sin  . t g
1
2
g . t2
di dapat :
v0 sin 2 
ymax =
2g
2
…………………………(2-15)
Dengan demikian titik tertinggi dicapai peluru jika  = 900
·
Jarak terjauh ( titik R ) yang dapat ditempuh oleh peluru adalah :
Syarat mencapai titik adalah : y = 0 atau waktu yang di tempuh benda adalah :
t= 2
vo sin 
 substitusikan ke : x = vo cos  . t
g
dan sin 2 = 2 sin cos
di dapat :
v sin 2
xmax = 0
g
2
…………………………(2-16)
Dengan demikian jarak tembak terjauh oleh peluru dicapai jika sudut  = 450
LATIHAN SOAL
1. Seorang bergerak dengan kecepatan tetap sebesar 100 cm/det menurut garis lurus di atas
sebuah perahu. Perahu ini bergerak lurus beraturan pula dengan kecepatan
300
cm/det. Hitunglah kecepatan orang terhadap bumi, jikalau.
a. Arahnya dengan arah perahu membentuk sudut 600.
b. Arahnya dengan arah perahu membentuk sudut 1200.
c. Arahnya dengan arah perahu berimpitan.
d. Arahnya dengan arah perahu berlawanan.
2. Sebuah titik melakukan dua gerak lurus beraturan yang arahnya mengapit sudut 450.
Karena gerak pertama titik itu berpindah tempat sejauh 8 2 dalam 1 menit, dan karena
gerak kedua sejauh 6m dalam waktu 1 21 menit.
Hitunglah kecepatan gerak resultannya dan jarak yang ditempuh dalam 3 menit.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
27
3. Sebuah benda melakukan dua gerak lurus beraturan. Kecepatan gerak yang pertama ialah
5 m/sec, kecepatan gerak kedua 12 m/sec.
Tentukanlah besar sudut yang diapit oleh kedua kecepatan itu, jikalau :
a. Benda dalam 10 sec menempuh 130 m.
b. Benda dalam 8 sec menempuh 136 m.
c. Benda dalam 12 sec menempuh 84 m.
4. Seseorang benda menyeberangi sungai, yang lebarnya 420 m kecepatan arusnya
2 21 m/sec. Jikalau ia mengarahkan perahunya siku-siku pada tepi sungai dengan kecepatan
tetap sebesar 2 85 m/sec, tentukanlah :
a. Waktu yang diperlukan untuk menyeberang.
b. Tempat ia sampai di tepi lain.
c. Jarak yang dilaluinya.
5. Seorang penumpang kapal berjalan digeladak dengan gerak lurus beraturan dengan
kecepatan 50 cm/det ; arahnya mengapit sudut 60 derajat dengan arah kapal kemuka.
Kecepatan orang itu terhadap bumi = 50
7 cm/det. Berapa kecepatan kapal itu ?
A.3 GERAK MELINGKAR (ROTASI)
Jika sebuah benda bergerak dengan kelajuan konstan pada suatu lingkaran
(disekeliling lingkaran ), maka dikatakan bahwa benda tersebut melakukan gerak melingkar
beraturan.
Gambar 2.17 Gerak rotasi
Kecepatan pada gerak melingkar beraturan besarnya selalu tetap namun arahnya
selalu berubah, arah kecepatan selalu menyinggung lingkaran, maka v selalu tegak lurus garis
yang ditarik melalui pusat lingkaran ke sekeliling lingkaran tersebut.
A.3.1 Posisi Sebuah Titik dalam Gerak Melingkar
Posisi atau kedudukan sebuah titik dalam gerak melingkar dapat dinyatakan dalam
Koordinat Polar. Sebagai :
 =  (t) untuk r yang tetap
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
28
Dengan demikian posisi titik di atas hanya tergantung dari waktu (t) saja, sedangkan :
 =  (r,t) untuk r dan t yang berubah
Dengan demikian posisi titik di atas tidak hanya tergantung dari waktu (t), tetapi juga besar r.
Satuan  dalam rad, r dalam meter dan t dalam detik.
A.3.2 Kecepatan Sudut (Anguler) Suatu titik Materi dalam Gerak
Melingkar
Perhatikan !
Suatu titik materi yang bergerak dari A yang posisinya 1 pada saat t1, ke titik B yang
posisinya 2 pada saat t2
Gambar 2.18 vektor perpindahan gerak rotasi
Vektor perpindahannya  = 2 - 1 dan selang waktu yang dipergunakan titik materi untuk
bergerak dari A ke B adalah
 t = t2 - t1
Kecepatan sudut rata-rata didefinisikan :

  2  1

t
t 2  t1
…………………………(2-17)
Jika ingin diketahui kecepatan sudut sesaat dari titik materi pada suatu saat, misal saat titik
materi berada di antara A dan B dipergunakan kecepatan sudut sesaat.
Kecepatan sudut sesaat didefinisikan :
Secara matematis ditulis sebagai :
d
…………………………(2-18)

dt
Nilai dari komponen kecepatan sudut sesaat dari suatu titik materi dapat dilihat dari
kemiringan grafik yang dibentuk oleh komponen posisi  terhadap t.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
29
Gambar 2.19 Komponen posisi  terhadap t
1 = tg 1
2 = tg 2
Sebaliknya untuk menentukan posisi titik materi jika dketahui fungsi kecepatan sudut
diselesaikan dengan INTEGRAL.
 t  
d  t 
dt
d t    t  dt
 d t     t 
dt
 t     t  dt …………………………(2-19)
A.3.3 Percepatan Sudut ( )
Kecepatan sudut titik materi dapat berubah-ubah setiap saat, baik besar, atau arah, ataupun
kedua-duanya yang disebabkan oleh karena adanya percepatan sudut yang dialami titik
materi tersebut.
Jika pada saat t1 kecepatan sudutnya 1 dan pada saat t2 kecepatan sudutnya 2
percepatan sudut rata-ratanya dalam selang waktu t = t2 - t1 didefinisikan sebagai :
  2   1
…………………………(2-20)


t
t 2  t1
percepatan sudut sesaatnya :
d  d  d  d 2
…………………………(2-21)



dt
dt t  dt 2
A.3.4 Pengertian Radian.
1 (satu) radian adalah besarnya sudut tengah lingkaran yang panjang busurnya sama
dengan jari-jarinya.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
30
Besarnya sudut :
S
radian
R
S = panjang busur
R = jari-jari
Gambar 2.19 komponen posisi s terhadap t
 =
Jika panjang busur sama dengan jari-jari, maka  = 1 radian.
Satu radian dipergunakan untuk menyatakan posisi suatu titik yang bergerak
melingkar ( beraturan maupun tak beraturan ) atau dalam gerak rotasi.
Keliling lingkaran = 2 x radius, gerakan melingkar dalam 1 putaran = 2 radian.
1 putaran = 3600 = 2 rad.
1 rad =
360
= 57,30
2
A.3.5 Frekwensi dan perioda dalam gerak melingkar beraturan.
Waktu yang diperlukan P untuk satu kali berputar mengelilingi lingkaran di sebut
waktu edar atau perioda dan diberi notasi T. Banyaknya putaran per detik disebut Frekwensi
dan diberi notasi f. Satuan frekwensi ialah Herz atau cps ( cycle per second ).
1
Jadi antara f dan T kita dapatkan hubungan : f . T = 1
f=
T
A.3.6 Kecepatan linier dan kecepatan sudut.
Jika dalam waktu t detik ditempuh jalan sepanjang keliling lingkaran ialah 2R, maka
s
kelajuan partikel P untuk mengelilingi lingkaran dapat dirumuskan : v = . Kecepatan ini
t
disebut kecepatan linier dan diberi notasi v.
Kecepatan anguler biasanya dinyatakan dalam radian/detik, derajat perdetik, putaran
perdetik (rps) atau putaran permenit (rpm).
Bila benda melingkar beraturan dengan sudut rata-rata ()dalam radian perdetik :
=
sudut gerakan (radian)
waktu (det ik ) yang diperlukan untuk membentuk sudut tersebut .
=

t
2
rad/detik atau  = 2  f
T
Dengan demikian besarnya sudut yang ditempuh dalam t detik :
jika 1 putaran maka :  =
=t
atau
=2ft
Dengan demikian antara v dan  kita dapatkan hubungan :
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
31
v=R
A.3.7 Sistem Gerak Melingkar pada Beberapa Susunan Roda
 Sistem langsung.
Pemindahan gerak pada sistem langsung yaitu melalui persinggungan roda yang satu
dengan roda yang lain.
Gambar 2.20 sistem langsung
Pada sistem ini kelajuan liniernya sama, sedangkan kelajuan anguler tidak sama.
v1 = v2, tetapi 1  2
 Sistem tak langsung.
Pemindahan gerak pada sistem tak langsung yaitu pemindahan gerak dengan
menggunakan ban penghubung atau rantai.
Gambar 2.21 sistem tak langsung
Pada sistem ini kelajuan liniernya sama, sedangkan kelajuaan angulernya tidak sama.
v1 = v2, tetapi 1  2
 Sistem roda pada satu sumbu ( CO-Axle )
Jika roda-roda tersebut disusun dalam satu poros putar, maka pada sistem tersebut titik-titik
yang terletak pada satu jari mempunyai kecepatan anguler yang sama, tetapi kecepatan
liniernya tidak sama.
Gambar 2.22 sistem roda satu sumbu
A = R = C , tetapi v A  v B  v C
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
32
A.3.8 Percepatan Sentripetal.
Jika suatu benda melakukan gerak dengan kelajuan tetap mengelilingi suatu
lingkaran, maka arah dari gerak benda tersebut mempunyai perubahan yang tetap. Dalam hal
ini maka benda harus mempunyai percepatan yang merubah arah dari kecepatan tersebut.
Arah dari percepatan ini akan selalu tegak lurus dengan arah kecepatan, yakni arah
percepatan selalu menuju kearah pusat lingkaran. Percepatan yang mempunyai sifat-sifat
tersebut di atas dinamakn PERCEPATAN CENTRIPETALNYA.
Harga percepatan centripetal (ar) adalah :
ar =
( kecepa tan linier pada benda ) 2
jari  jari lingkaran
ar =
v2
R
atau
ar = 2 R
…………………………(2-22)
v = kecepatan linier
R = jari-jari lingkaran.
A.3.9 BEBERAPA CONTOH BENDA BERGERAK MELINGKAR
1. Gerak benda di luar dinding melingkar.
v2
N=m.g-m.
R
2. Gerak benda di dalam dinding melingkar.
v2
N=m.g+m.
R
v2
N = m . g cos  - m .
R
N = m . g cos  + m .
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
v2
R
33
N=m.
v2
- m . g cos 
R
N=m.
v2
-m.g
R
3. Benda dihubungkan dengan tali diputar vertikal.
v2
T=m.g+m
R
T = m m . g cos  + m
v2
T=m.
- m . g cos 
R
T=m.
v2
R
v2
-m.g
R
4. Benda dihubungkan dengan tali diputar mendatar (ayunan centrifugal/konis)
T cos  = m . g
T sin  = m .
v2
R
Periodenya T = 2
L cos
g
Keterangan : R adalah jari-jari lingkaran
5. Gerak benda pada sebuah tikungan berbentuk lingkaran mendatar.
v2
N . k = m .
R
N = gaya normal
N=m.g
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
34
LATIHAN SOAL
1. Sebuah batang MA panjang 1 meter dan titik B berada di tengah-tengah MA. Batang
diputar beraturan dengan laju tetap dan M sebagai pusat. Bila A dalam 1 sekon berputar
10 kali. Hitunglah :
a. Kecepatan linier titik A dan B.
b. Kecepatan sudut titik A dan B.
2. Benda bermassa 10 kg diikat dengan tali pada pasak (tiang). Berapa tegangan tali T jika
bergerak melingkar horisontal pada jari-jari 2 m dan kecepatan sudutnya
100
putaran tiap sekonnya ?
3. Berapa kecepatan maksimum dari mobil yang bermassa m dan bergerak mengelilingi tepi
putaran dengan jari-jari 40 m, dan koefesien geraknya 0,7 ?
4. Suatu titik materi bergerak melingkar beraturan. Dua detik yang pertama menempuh
busur sepanjang 40 cm, Bila jari-jari lingkaran 5 cm, maka :
a. Tentukan kelajuan liniernya.
b. Tentukan kelajuan angulernya.
c. Dispacement angulernya ( sudut pusat yang ditempuh )
5. Sebuah partikel bergerak melingkar beraturan dengan diameter 1 m, dalam 1 detik
menempuh lintasan sudut 1/3 lingkaran. Hitunglah :
b. kecepatan sudutnya.
c. Kecepatan liniernya.
B. DINAMIKA
Cabang dari ilmu mekanika yang meninjau gerak partikel dengan meninjau penyebab
geraknya dikenal sebagai dinamika. Dalam bab ini kita akan membahas konsep-konsep yang
menghubungkan kondisi gerak benda dengan keadaan-keadaan luar yang menyebabkan
perubahan keadaan gerak benda.
Gaya
Gaya
didefinisikan
dengan
percepatan yang dihasilkannya pada
sebuah benda tertentu. Gaya 1 newton
(N) adalah gaya yang menghasilkan
percepatan 1 m/s2 pada benda standar
Gambar 2.23 Gaya 1 Newton
dengan massa 1 kilogram (kg).
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
35
Gaya dapat mengubah arah gerak suatu benda, gaya dapat mengubah bentuk suatu
benda serta gaya juga dapat mengubah ukuran suatu benda dengan syarat gaya yang kita
berikan cukup besar.
Gaya menyebabkan percepatan. Arah gaya searah dengan arah percepatan. Dari sini
dapat disimpulkan bahwa gaya adalah besaran yang mempunyai besar dan arah. Ini berarti,
gaya dapat digolongkan sebagai sebuah vektor.
Disamping Newton, satuan gaya sering ditulis dalam bentuk kg m/s2 .1 Newton = 1 kg
m/s2. Dalam sistern cgs, satuan gaya dinyatakan dalam 1 dyne.1 dyne = 1 gr cm/ s2
Inersia (Kelembaman)
Inersia adalah kecenderungan suatu benda untuk tetap diam atau tetap bergerak lurus
dengan kecepatan tetap. (bergerak lurus beraturan) Hukum Inersia menyatakan bahwa suatu
benda cenderung tetap diam atau tetap bergerak dengan kecepatan tetap, asalkan tidak ada
gaya yang rnengganggunya.
Sebuah kerangka acuan dimana hukum-hukum Newton berlaku dinamakan kerangka
acuan inersia. Setiap kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan konstan relatif
terhadap kerangka acuan inersia merupakan kerangka acuan inersia juga. Sebuah kerangka
acuan yang dipercepat relatif terhadap kerangka inersia bukan kerangka acuan inersia.
Sebuah kerangka acuan yang diikatkan ke bumi hampir berperilaku sebagai kerangka acuan
inersia.
Anggap bumi adalah kerangka inersia. Dan anggap anda sedang berada disebuah
kerata api yang bergerak dengan kecepatan tetap v diukur oleh pengamat yang sedang di atas
tanah. Sebuah benda di dalam kereta diberi gaya F.
Waktu anda amati benda ini bergerak dipercepat
dengan percepatan a. Berapakah percepatan benda
oleh pengamat yang berdiri di atas tanah?
Karena bumi adalah kerangka inersia, rnaka
kereta api juga adalah kerangka inersia (kereta api ini
Gambar 2.24. Penumpang di atas
KA
tidak bergerak dipercepat terhadap bumi). Karena
semua hukum Fisika berlaku dalam semua kerangka
inersia, maka gaya (ataupun percepatan) yang dialami oleh suatu benda yang diamati oleh
pengamat disuatu kerangka inersia sama besar jika diamati oleh pengamat pada kerangka
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
36
inersia yang lain. Jadi percepatan benda diukur oleh pengamat yang berdiri diatas tanah
adalah a.
Misalkan kita mempunyai 2
benda
berukuran
sama
dalam keadaan diam. Yang
satu terbuat besi dan yang
Gambar 2.25. Inersia pada dua benda yang berbeda jenis
lain dari kayu.
Jika kita ingin menggerakkan benda ini, kita membutuhkan gaya yang lebih besar
untuk besi dibandingkan kayu. Hal ini disebabkan besi mempunyai inersia (kecenderungan
untuk tetap diam) yang besar dibandingkan kayu. Dengan kata lain besi lebih sulit digerakkan
dibandingkan kayu. Semakin besar inersia suatu benda semakin cenderung benda ini ingin
mempertahankan posisi diamnya, akibatnya untuk menggerakkan benda yang lebih besar
inersianya dibutuhkan gaya yang lebih besar. (Catatan: pengertian inersia sebenarnya bukan
untuk benda yang diam saja, tapi juga untuk benda yang bergerak dengan kecepatan tetap).
Massa inersia (atau lebih dikenal dengan massa) didefinisikan sebagai ukuran inersia.
B.1 Hukum-Hukum Newton
Hubungan fundamental pada mekanika klasik tercakup dalam hukum tentang gerak
yang dikemukakan oleh Isaac Newton, seorang ilmuwan Inggris. Newton sangat berjasa
dalam mempelajari hubungan antara gaya dan gerak.
B.1.1 Hukum I Newton
Jika resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan nol (  F = 0),
maka benda tersebut :
- Jika dalam keadaan diam akan tetap diam, atau
- Jika dalam keadaan bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan.
Keadaan tersebut di atas disebut juga Hukum KELEMBAMAN.
Kesimpulan :  F = 0 dan a = 0
Karena benda bergerak translasi, maka pada sistem koordinat Cartesius dapat dituliskan  Fx
= 0 dan  Fy = 0.
Sebenarnya pernyataan hukum Newton I atau juga disebut Hukum Inersia sudah pernah
dinyatakan oleh Galileo Galilei beberapa tahun sebelum Newton lahir. Galileo mengatakan:
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
37
Kecepatan yang diberikan pada suatu benda akan tetap dipertahankan jika semua gaya
penghambatnya dihilangkan.
Jadi dapat disimpulkan bahwa bila pengaruh luar pada sebuah benda benar-benar
dihilangkan, maka sebuah benda akan tetap diam bila pada mulanya diam, dan akan tetap
bergerak dengan kecepatan konstan, bila pada mulanya bergerak dengan kecepatan konstan.
B.1.2 Hukum II Newton
Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dan
searah dengan gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa benda.
F
a
atau
F  m .a
m
F=k.m.a
dalam S I konstanta k = 1 maka :
F = m .a
Gambar 2.26 Gaya terhadap balok
Satuan :
BESARAN
NOTAS I
MKS
CGS
Gaya
F
newton (N)
dyne
Massa
Percepatan
m
a
kg
m/det2
gram
cm/det2
Bayangkan anda mendorong sebuah benda yang gaya F dilantai yang licin sekali
sehingga benda itu bergerak dengan percepatan a. Menurut hasil percobaan, jika gayanya
diperbesar 2 kali ternyata percepatannya menjadi. 2 kali lebih besar. Demikian juga jika gaya
diperbesar 3 kali percepatannya lebih besar 3 .kali lipat. Dan sini kita simpulkan bahwa
percepatan sebanding dengan resultan gaya yang bekerja.
Atau


Fneto  ma
…………………………(2-23)
Sekarang kita lakukan percobaan lain. Kali ini massa bendanya divariasi tetapi
gayanya dipertahankan tetap sama. Jika massa benda diperbesar 2 kali, ternyata
percepatannya menjadi ½ kali. Demikian juga jika massa benda diperbesar 4 kali,
percepatannya menjadi ¼ kali percepatan semula. Dan sini kita bisa simpulkan bahwa
percepatan suatu benda berbanding terbalik dengan massa benda itu.
Massa dan Berat
Massa adalah sifat intrinsik dari sebuah benda yang menyatakan resistensinya
terhadap percepatan. Massa sebuah benda dapat dibandingkan dengan massa benda lain
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
38
dengan menggunakan gaya yang sama pada masing-masing benda dan dengan mengukur
percepatannya. Dengan demikian rasio massa benda-benda itu sama dengan kebalikan rasio
percepatan benda-benda itu yang dihasilkan oleh gaya yang sama :
m1 a 2

m2 a1
Massa sebuah benda tidak tergantung pada lokasi benda.
Hukum Newton kedua lebih awal dimaknai sebagai pengaruh luar (gaya) yang
bekerja pada sebuah benda sebanding dengan laju perubahan kuantitas gerak terhadap waktu.
Kuantitas gerak disini adalah besaran vektor suatu benda yang tergantung pada massa inersia

dan kecepatan benda, yaitu ’momentum’ ( p  mv )’ Sehingga,


dp
Fneto 
dt
…………………………(2-24)
Sedangkan hukum Newton pertama adalah kasus khusus ketika tidak ada pengaruh luar pada
sebuah benda, atau ketika gayanya sama dengan nol.
Berat suatu benda (w) adalah besarnya gaya tarik bumi terhadap benda tersebut dan
arahnya menuju pusat bumi. ( vertikal ke bawah ).
Hubungan massa dan berat :
w=m.g
w = gaya berat.
m = massa benda.
g = percepatan grafitasi.
Satuan :
BESARAN
Gaya berat
Massa
Grafitasi
NOTAS I
W
M
G
MKS
newton (N)
kg
m/det2
CGS
dyne
gram
cm/det2
Perbedaan massa dan berat :
* Massa (m) merupakan besaran skalar di mana besarnya di sembarang tempat untuk suatu
benda yang sama selalu TETAP.
* Berat (w) merupakan besaran vektor di mana besarnya tergantung pada tempatnya
(
percepatan grafitasi pada tempat benda berada ).
Hubungan antara satuan yang dipakai :
1 newton = 1 kg.m/det2
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
39
1 dyne
= 1 gr.cm/det2
1 newton = 105 dyne
1 kgf
= g newton ( g = 9,8 m/det2 atau 10 m/det2 )
1 gf
= g dyne ( g = 980 cm/det2 atau 1000 cm/det2 )
1 smsb
= 10 smsk
smsb = satuan massa statis besar.
smsk = satuan massa statis kecil.
Pengembangan :
1. Jika pada benda bekerja banyak gaya yang horisontal maka berlaku :  F = m . a
F1 + F2 - F3 = m . a
Arah gerak benda sama dengan F1 dan F2 jika F1 + F2 > F3
Arah gerak benda sama dengan F3 jika F1 + F2 < F3 ( tanda a = - )
2. Jika pada beberapa benda bekerja banyak gaya yang horisontal maka berlaku :
 F = m . a
F1 + F2 - F3 = ( m1 + m2 ) . a
3. Jika pada benda bekerja gaya yang membentuk sudut  dengan arah mendatar maka
berlaku : F cos  = m . a
B.1.3 Hukum III Newton
Bila sebuah benda A melakukan gaya pada benda B, maka benda juga akan
melakukan gaya pada benda A yang besarnya sama tetapi berlawanan arah.
Gaya yang dilakukan A pada B disebut : gaya aksi.
Gaya yang dilakukan B pada A disebut : gaya reaksi.
maka ditulis :
Faksi = - Freaksi …………………………(2-25)
Hukum Newton III disebut juga Hukum Aksi - Reaksi.
1. Pasangan aksi reaksi.
Pada sebuah benda yang diam di atas lantai berlaku :
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
40
w = gaya berat benda memberikan gaya aksi pada lantai.
N = gaya normal ( gaya yang tegak lurus permukaan tempat
di mana benda berada ).
Hal ini bukan pasangan Aksi - Reaksi.
( tanda - hanya menjelaskan arah berlawanan )
w=-N
Gambar 2.27 pasangan gaya aksi reaksi
2. Pasangan aksi - reaksi pada benda yang digantung.
Gambar 2.28 pasangan gaya aksi reaksi pada benda digantung
Balok digantung dalam keadaan diam pada tali vertikal. Gaya w1 dan T1 BUKANLAH
PASANGAN AKSI - REAKSI, meskipun besarnya sama, berlawanan arah dan segaris kerja.
Sedangkan yang merupakan PASANGAN AKSI - REAKSI adalah gaya :
Demikian juga gaya T2 dan T’2 merupakan pasangan aksi - reaksi.
Hubungan Tegangan Tali Terhadap Percepatan.
a. Bila benda dalam keadaan diam, atau dalam keadan bergerak lurus
beraturan maka :
T=m.g
T = gaya tegangan tali.
b. Benda bergerak ke atas dengan percepatan a maka :
T=m.g+m.a
T = gaya tegangan tali.
c. Benda bergerak ke bawah dengan percepatan a maka :
T =m.g-m.a
T = gaya tegangan tali.
GERAK BENDA YANG DIHUBUNGKAN DENGAN KATROL.
Dua buah benda m1 dan m2 dihubungkan dengan karol melalui
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
41
sebuah tali yang diikatkan pada ujung-ujungnya. Apabila massa tali
diabaikan, dan tali dengan katrol tidak ada gaya gesekan, maka akan
berlaku persamaan-persamaan :
Sistem akan bergerak ke arah m1 dengan percepatan a.
Tinjauan benda m1
Tinjauan benda m2
T = m1.g - m1.a ( persamaan 1)
T = m2.g + m2.a ( persamaan 2)
Karena gaya tegangan tali di mana-mana sama, maka persamaan 1 dan persamaan 2 dapat
digabungkan :
m1 . g - m1 . a = m2 . g + m 2 . a
m1 . a + m2 . a = m1 . g - m2 . g
( m1 + m2 ) . a = ( m1 - m2 ) . g
(m  m2 )
a= 1
…………………………(2-26)
g
(m1  m2 )
Persamaan ini digunakan untuk mencari percepatan benda yang dihubungkan dengan katrol.
Cara lain untuk mendapatkan percepatan benda pada sisitem katrol dapat ditinjau keseluruhan
sistem :
Sistem akan bergerak ke arah m1 dengan percepatan a.
Oleh karena itu semua gaya yang terjadi yang searah dengan arah
gerak sistem diberi tanda POSITIF, yang berlawanan diberi tanda
NEGATIF.
F= m.a
w1 - T + T - T + T - w2 = ( m1 + m2 ) . a
karena T di mana-mana besarnya sama maka T dapat dihilangkan.
w1 - w2 = (m1 + m2 ) . a
( m1 - m2 ) . g = ( m1 + m2 ) . a
(m  m2 )
a= 1
g
(m1  m2 )
B.2 Jenis-jenis Gaya
[i] Gaya Berat

Berat wsebuah benda adalah gaya tarikan gravitasi antara benda dan bumi. Gaya ini

sebanding dengan massa m benda itu dan medan gravitasi g , yang juga sama dengan
percepatan gravitasi jatuh bebas :


w  mg
Berat benda sifat intrinsik benda.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
42
Berat bergantung pada lokasi benda, karena
g bergantung pada lokasi. Gaya berat selalu
tegak lurus kebawah dimana pun posisi
benda
diletakkan,
apakah
dibidang
horisontal, vertikal ataupun bidang miring
Gambar 2.29. Arah vektor gaya berat
[ii] Gaya Normal
Gaya normal adalah gaya yang bekerja
pada bidang sentuh antara dua prmukaan
yang bersentuhan, dan arahnya selalu tegak
Gambar 2.30. Arah vektor gaya normal
lurus bidang sentuh.
Macam - macam keadan ( besar ) gaya normal.
N = w cos 
N = w - F sin 
N = w + F sin 
[iii] Gaya Gesek
Gaya gesekan antara permukaan benda yang
bergerak dengan bidang tumpu benda akan
menimbulkan gaya gesek yang arahnya senantiasa
berlawanan dengan arah gerak benda.
Gambar 2.31. Arah vektor gaya gesek
Ada dua jenis gaya gesek yaitu :
gaya gesek statis (fs) : bekerja pada saat benda diam
(berhenti) dengan persamaan :
fs = N.s
gaya gesek kinetik (fk) : bekerja pada saat benda bergerak dengan persamaan :
fk = N. k
Nilai fk < fs
Jika permukaan-permukaan itu relatif diam yang satu terhadap yang lain, gaya
gesekannya adalah gesekan statik, yang dapat berubah nilainya dari 0 sampai nilai
maksimumnya μkFn , dengan Fn adalah gaya kontak normal dan μk adalah koefisien gesekan
kinetik. Koefisien gesekan kinetik sedikit lebih kecil dibandingkan koefisien gesekan statik.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
43
Arah gaya gesekan ini selalu sepanjang bidang sentuh dan berusaha melawan gerak relatif
bidang sentuhnya.
Jika sebuah benda bergerak dalam fluida seperti udara atau air, benda mengalami
gaya hambat yang melawan gerakannya. Gaya hambat bertambah dengan bertambahnya
kelajuan. Jika benda dijatuhkan dari keadaan diam, kelajuannya bertambah sampai gaya
hambat sama dengan gaya gravitasi, setelah itu benda bergerak dengan kelajuan konstan yang
dinamakan kelajuan terminal.
[iv] Gaya Tegang Tali
Gaya tegangan tali disebut juga tegangan tali adalah
gaya yang bekerja pada ujung-ujung tali karena tali itu
tegang. Jika tali dianggap ringan maka gaya tegangan
Gambar 2.32. Gaya tegangan tali
tali pada kedua ujung tali yang sama dianggap sama
besarnya.
[v] Gaya Pegas
Sebuah pegas ideal bila diregangkan atau ditekan akan memberikan gaya yang sebanding
dengan besar perubahan panjang pegas. Jadi gaya yang diberikan oleh pegas adalah


F  kx
…………………………(2-27)

x adalah vektor besar perubahan panjang pegas dan tanda negatif pada persamaan di atas
menunjukkan arah gayanya yang berlawanan dengan arah perubahan panjang pegas.
Konstanta kesebandingan k disebut juga sebagai konstanta pegas. Kebanyakan pegas real
akan mengikuti persamaan diatas untuk nilai xyang cukup kecil.
C. USAHA DAN ENERGI
Konsep fisika dalam dinamika selain Hukum Newton yang juga dapat digunakan
untuk mengetahui keadaan gerak suatu benda yang menghubungkan pengaruh luar (gaya)
dengan keadaan gerak benda, adalah konsep usaha (kerja) dan energi (tenaga). Bedanya
dengan konsep hukum newton, usaha dan energi adalah besaran skalar. Karena itu, untuk
beberapa kasus, konsep usaha-energi dapat lebih mudah digunakan untuk mengetahui
keadaan gerak suatu benda akibat pengaruh luar (gaya).
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
44
C.1 Usaha
Usaha yang dilakukan oleh gaya konstan adalah hasil kali skalar vektor gaya dan
vektor perpindahan benda, hasil kali komponen gaya dalam arah gerakan dan besar
perpindahan titik tangkap gaya tersebut :
F
F cos 

x
Gambar 2.33 komponen gaya F cos 
W=F cos θ Δx = Fx Δx
…………………………(2-28)
dengan  adalah sudut antara vektor gaya dan vektor perpindahan benda.
Usaha yang dilakukan gaya yang berubah-ubah, sama dengan luas daerah di bawah
kurva gaya terhadap jarak :

W 
b
a
Fx dx
…………………………(2-29)
= luas daerah di bawah kurva Fx terhadap x
SATUAN
BESARAN
Usaha (W)
Gaya (F)

Perpindahan ( x )
SATUAN MKS
joule
newton
meter
SATUAN CGS
erg
dyne
cm
1 joule = 107 erg
Catatan : Usaha (work) disimbolkan dengan huruf besar W
Berat (weight) disimbolkan dengan huruf kecil w
C.2 Teorema Usaha-Energi

Usaha yang dilakukan pada sebuah partikel oleh gaya ds untuk perpindahan
yang
kecil dituliskan sebagai
 
dW  F . ds
dan usaha yang dilakukan pada partikel yang bergerak dari titik 1 ke titik 2 adalah
S2 

W   F . ds
S1
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
45
atau menurut komponen produk skalarnya,
b
W   ( Fx dx  Fy dy  Fz dz )
…………………………(2-30)
a
Untuk memudahkan analisa, kita tinjau komponen x saja, karena analisa untuk komponen
lainnya serupa. Diketahui bahwa:
Fx  m
dvx
dv dx
dv
m x
 mvx x
dt
dx dt
dx
…………………………(2-31)
Pada akhirnya,
b
Wtot   m(v x dv x  v y dv y  v z dv z )
a
b
 12 m(v x  v y  v z )  12 m(vb  va ) …………………………(2-32)
2
2
2
2
2
a
Jadi nilai total usaha bergantung pada suatu kuantitas akhir dan awal, yaitu selisih
besar kuadrat kecepatan akhir dan awal dikali setengah massa. Kuantitas ini kemudian diberi
nama energi, dan karena kuantitas ini bernilai tidak nol ketika kecepatannya tidak nol, maka
diberi nama energi kinetik ( K  12 mv 2). Jadi total usaha yang bekerja pada suatu benda sama
dengan perubahan energi kinetiknya.
Wtotal  K  12 mv 2f  12 mvi2
…………………………(2-33)
Satuan SI kerja dan energi adalah joule (J) :
1 J = 1 N.m
C.3 Gaya Konservatif
Sebuah gaya disebut konservatif jika usaha total yang dilakukannya pada sebuah
partikel nol ketika partikel bergerak sepanjang lintasan tertutup, yang mengembalikan
partikel ke posisi awalnya. Usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif pada sebuah partikel
tak bergantung pada bagaimana partikel itu bergerak dari satu titik ke titik lain.
Energi potensial sebuah sistem adalah energi yang berhubungan konfigurasi sistem.
Perubahan ennergi potensial sistem didefinisikan sebagai negative usaha yang dulakukan oleh
gaya knservatif yang bekerja pada sistem :
 
dU   F . ds
S2 

U  U 2 U 1 W    F . ds
S1
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
46
Usaha yang dilakukan pada sebuah sistem oleh gaya konservatif sama dengan
berkurangnya energi potensial sistem. Nilai absolut energi potensial tidak penting. Hanya
perubahan energi potensial yang penting.
Energi potensial gravitasi sebuah benda bermassa m pada ketinggian y di atas suatu titik
acuan adalah :
U  mgy
…………………………(2-34)
Energi potensial pegas dengan konstanta gaya k ketika pegas diregangkan atau
dikompresi sejauh x dari titik keseimbangan diberikan oleh :
U  12 kx 2
…………………………(2-35)
Dalam satu dimensi, sebuah gaya konservatif sama dengan negatif turunan fungsi energi
potensial yang terkait : dU
Fx  
dx
Pada nilai minimum kurva energi potensial sebagai fungsi perpindahan, gaya sama
dengan nol dan sistem ada dalam keseimbangan stabil. Pada maksimum, gaya sama dengan
nol dan sistem ada dalam kesetimbangan tak stabil. Sebuah gaya konservatif selalu cenderung
mempercepat partikel ke arah posisi dengan energi potensial lebih rendah.
Jika hanya gaya konservatif yang melakukan usaha pada sebuah benda, jumlah
energi kinetik dan energi potensial benda tetap konstan :
E  K  U  12 mv 2  U  konstan
…………………………(2-36)
Ini adalah hukum kekekalan energi mekanik.
Usaha yang dilakukan oleh gaya tak konservatif yang bekerja pada sebuah partikel
sama dengan perubahan energi mekanik total sistem :
Wnc  U  K   E
Ini adalah teorema usaha-energi umum.
Kekekalan energi mekanik dan teorema usaha-energi umum dapat digunakan
sebagai pilihan selain hukum Newton untuk memecahkan soal-soal mekanika yang
membutuhkan penentuan kelajuan partikel sebagai fungsi posisinya.
Energi total suatu sistem dapat mencakup energi jenis lain seperti energi panas atau
energi kimia internal, selain energi mekanik. Energi suatu sistem dapat diubah lewat berbagai
cara seperti emisi atau absorpsi radiasi, usaha yang dikerjakan pada sistem, atau panas yang
dipindahkan. Kenaikan atau penurunan energi sistem dapat selalu dijelaskan lewat
munculnya atau hilangnya suatu jenis energi di suatu tempat, suatu hasil eksperimen yang
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
47
dikenal sebagai hukum kekekalan energi :
Ein  Eout  E sis

Daya adalah laju alih energi dari satu sistem ke sistem lain. JikaF sebuah gaya

v
bekerja pada suatu partikel yang bergerak dengan kecepatan
, daya masukan gaya itu
adalah :
dW  
 F .v
…………………………(2-37)
dt
Satuan SI untuk daya adalah watt (W), yang sama dengan satu joule per sekon. Suatu satuan
P
energi yang biasa diguakan adalah kilowatt – jam, yang sama dengan 3,6 megaJoule.
D. GRAVITASI
Sir Isaac Newton yang terkenal dengan hukum-hukum Newton I, II dan III, juga
terkenal dengan hukum Gravitasi Umum. Didasarkan pada partikel-partikel bermassa
senantiasa mengadakan gaya tarik menarik sepanjang garis yang menghubungkannya,
Newton merumuskan hukumnya tentang gravitasi umum yang menyatakan :
Gaya antara dua partikel bermassa m1 dan m2 yang terpisah oleh jarak r adalah gaya tarik
menarik sepanjang garis yang menghubungkan kedua partikel tersebut, dan besarnya dapat
dinyatakan dengan persamaan :
F=G
m1 m2
r2
…………………………(2-38)
F = Gaya gravitasi, satuan : NEWTON.
G = Konstanta gravitasi, besarnya :
G = 6,67 x 10-11
N m2
kg 2
m = massa benda, satuan : KILOGRAM
r = jarak antara kedua partikel, satuan : METER
Gaya gravitasi adalah besaran vektor yang arahnya senantiasa menuju pusat massa partikel.
Gambar 2.34 gaya gravitasi
Untuk gaya gravitasi yang disebabkan oleh beberapa massa tertentu, maka resultan gayanya
ditentukan secara geometris. Misalnya dua buah gaya F1 dan F2 yang membentuk sudut
 resultante gayanya dapat ditentukan berdasarkan persamaan :
F  F1  F2  2 F1 F2 cos
2
2
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
48
Gambar :
Gambar 2.34 resultan gaya gravitasi
1.
2.
3.
4.
LATIHAN SOAL
Dua buah benda masing-masing massanya 10 kg dan 20 kg terpisahkan pada jarak
2
meter satu dengan yang lain. Tentukan gaya gravitasi antara kedua benda itu.
( jawab : 3,34 x 10-19 N )
Gaya tarik gravitasi antara du buah benda bermassa adalah 2,001 x 10-10 N.
Bila massa benda adalah 3 kg dan 9kg. Tentukanlah jarak antara kedua benda itu.
( jawab 3 meter ).
Massa sebesar 5 kg terpisah pada jarak 2 meter dari massa yang lain. Gaya gravitasi
antara kedua benda adalah sebesar 2,5 x 10-10. Tentukan massa benda yang lain.
( jawab 3kg )
Tiga buah bola bermassa masing-masing 1kg, 2kg dan 3kg diletakkan pada titik sudut
segitiga sama sisi dengan sisi 1 meter. Tentukanlah gaya yang dialami oleh bola bermassa
1 kg dalam susunan ini.
( jawab : 4,36 GN )
5. Dua buah bola bermassa masing-masing 4 kg terpisah pada jarak 2 3 meter.
Tentukanlah gaya tarik gravitasi yang dialami oleh bola bermassa 5 kg yang terletak pada
jarak 2 meter dari kedua massa tersebut.
D.1 Medan Gravitasi
Kuat medan gravitasi ( intensitas gravitasi ) oleh gaya gravitasi didefinisikan sebagai :
Perbandingan antara gaya gravitasi yang dikerjakan oleh medan dengan massa yang
dipengaruhi oleh gaya gravitasi tersebut.
Dalam bentuk persamaan, dapat dinyatakan dengan :
F
g=
m
g = kuat medan gravitasi ; satuan : N.kg-1
F = Gaya gravitasi
satuan : N
m = Massa benda
satuan : kg
D.2 Kuat Medan Gravitasi oleh Benda Bermassa
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
49
Kuat medan gravitasi dapat ditimbulkan oleh suatu benda bermassa. Misalkan dua
buah benda bermassa masing-masing m dan m’ terpisah pada jarak r. Maka gaya gravitasi
oleh kedua benda itu adalah :
m m'
Bila kita hitung kuat medan gravitasi yang dilami oleh massa m’ sebagai akibat
r2
dari gaya gravitasi di atas, maka di peroleh :
F=G
m m'
F
r2  G m
g

m'
m'
r2
m
…………………………(2-39)
gG 2
r
G
Persamaan di atas menunjukkan kuat medan gravitasi oleh benda bermassa m pada suatu
titik berjarak r dari benda itu.
Kuat medan gravitasi adalah suatu besaran vektor yang arahnya senantiasa menuju ke
pusat benda yang menimbulkannya. Karena : kuat medan gravitasi di suatu titik oleh
beberapa benda bermassa diperoleh dengan menjumlahkan vektor-vektor medan gravitasi
oleh tiap-tiap benda.
Sebagai contoh : Kuat medan gravitasi yang disebabkan oleh kedua dua buah benda yang
kuat medannya saling membentuk sudut , dapat dinyatakan dengan persamaan :
g  g1  g2  2 g1 g2 cos
2
2
LATIHAN SOAL
1. Suatu massa yang besarnya 2 kg berada pada suatu tempat dibawah pengaruh gaya
gravitasi sebesar 5 x 10-10 N. Tentukanlah kuat medan gravitasi yang dialami oleh itu.
( jawab : 2,5 x 10-10 )
2. Tentukanlah kuat medan gravitasi pada suatu titik berjarak 2 meter dari suatu massa
sebesar 25 kg.
(Jawab : 6,25 GN/kg )
3. Dua buah bola bermassa masing-masing 0,16 kg dan 0,32 kg terpisah pada jarak 2cm.
Tentukanlah kuat medan gravitasi pada suatu titik yang berjarak 2 cm dari kedua massa
tersebut.
( jawab : 1,06 x 103 GN/kg )
4. Tiga buah bola bermassa masing-masing 16 kg, 36 kg dan 25 kg berturut-turut di titiktitik ( 4,0 ), ( 4,5 ) dan ( 0,5 ) . Satuan koordinat dalam meter. Tentukanlah kuat medan
gravitasi di titik pusat koordinat.
( jawab : 2,5 G N/kg )
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
50
5. Dua buah bola bermassa masing-masing besarnya 4 kg terpisah pada jarak 2 3 .
Tentukanlah kuat medan gravitasi pada suatu titik yang berjarak 2 cm dari kedua massa
itu.
( jawab : G N/kg )
D.3 Energi Potensial Gravitasi
Benda bermassa m yang terletak diluar bumi, energi potensial gravitasinya pada jarak
r dari pusat bumi, dinyatakan dengan persamaan :
M .m
Ep = - G
…………………………(2-40)
r
Ep = Energi potensial gravitasi
G = Konstanta gravitasi
M = massa bumi
m = massa benda
r = Jarak pusat benda ke pusat bumi.
Tanda negatif (-) berarti jika benda bergerak di bawah pengaruh gaya gravitasi dari
jarak tak terhingga () ke jarak r maka energi potensialnya akan berkurang, karena
dipergunakan untuk menambah energi kinetik dengan makin besarnya laju benda waktu
bergerak mendekati bumi.
Jika mula-mula benda berada di tempat yang jauh tak hingga ( r =  ) dengan energi
kinetik sama dengan nol, maka dalam perjalanan mendekati bumi, medan gravitasi merubah
energi potensial menjadi energi kinetik. Pada waktu sampai di bumi energi kinetik benda
sama dengan energi potensial gravitasi. Jadi :
M.m
2
1
2 mv  G
R
m = massa benda.
M = massa bumi.
R = jari - jari bumi.
v = kecepatan benda di permukaan bumi.
D.4 Hukum Kekekalan Energi
Hukum kekekalan energi mekanik total berlaku untuk medan gravitasi dan harganya
adalah :
Emek = Ek + Ep
M.m
Emek = 21 mv 2  G
…………………………(2-41)
R
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
51
Kita dapat mendefinisikan energi potensial sebagai berikut : Jika Ep(A)= energi potensial di
titik A dan Ep(B) : energi potensial di titik B, maka beda energi potensialnya :
1 1
Ep(B) - Ep(A) = - G M m (  )
rB rA
rA = jarak titik A ke pusat bumi.
rB = jarak titik B pusat bumi.
oleh karena usaha merupakan perubahan energi potensial maka usaha yang dilakukan
sepanjang garis dari A ke B dapat dinyatakan dengan :
1 1
WA----> B = - G M m (  )…………………………(2-42)
rB rA
WA----> B = Usaha dari A ke B.
E. POTENSIAL GRAVITASI
Potensial gravitasi didefinisikan sebagai :
Tenaga potensial gravitasi per satuan massa. Dapat dinyatakan dengan persamaan :
Ep
v
m
v = potensial gravitasi, satuan : Joule/kg.
Ep = Energi potensial gravitasi, satuan : Joule
m = massa benda, satuan : kg.
E.1 Potensial Gravitasi oleh Benda Bermassa
Energi potensial gravitasi benda bermassa m’ yang terletak pada jarak r dari pusat
massa benda bermassa m dapat kita nyatakan dengan persamaan :
m m'
r
Bila massa m’ terletak dititik p maka potensial gravitasi di titik p yang dialami oleh massa m’
dapat ditentukan sebagai berikut :
Ep = - G
G
Ep

r
m
V  G
r
V
m m'
r
m'
…………………………(2-43)
V = potensial gravitasi pada jarak r dari massa m
m = massa benda
r = jarak tempat yang mengalami potensial gravitasi ke benda.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
52
Potensial gravitasi merupakan besaran skalar, karena itu potensial yang disebabkan
oleh berapa benda bermassa merupakan jumlah aljabar dari potensial gravitasi masingmasing benda bermassa itu, Jadi :
Vt = V1 + V2 + V3 + ...... + Vn
Beda potensial antara dua titik dalam medan gravitasi didefinisikan sebagai :
Potensial di titik yang satu dikurangi dengan potensial dititik yang lain. Usaha yang
dilakukan untuk mengangkut, massa m dari satu titik ke titik lain lewat sembarang lintasan
sama dengan massa benda itu kali beda potensial antara kedua titik itu.
WA----> B = m (VB - VA)
WA----> B = Usaha dari A ke B.
LATIHAN SOAL.
1. Tentukanlah energi potensial gravitasi yang dialami oleh massa sebesar 2kg yang terletak
dipermukaan bumi. Massa bumi kira-kira 6 x 1024 kilogram. Jari-jari bumi kira-kira 6,38
x 106 meter dan konstanta gravitasi 6,67 x 1011 Nm2/kg2.
( jawab : 6,3 x 107 joule )
2. Tentukan energi potansial gravitasi yang dialami oleh massa sebesar 2 kg yang terletak
pada jarak 5 meter dari suatu benda yang bermassa 30 kg.
( jawab : 8 x 10-10 )
3. Suatu benda yang massanya 10 kg berada pada suatu tempat yang memiliki energi
potensial gravitasi yang besarnya sama dengan 5 x 108 joule. Tentukanlah potensial
gravitasi yang dialami oleh benda itu.
( jawab : -5 x 107 joule/kg )
4. Tentukanlah potensial gravitasi pada suatu titik yang terletak 2 meter dari suatu benda
bermassa 25 kg.
( jawab : -8,3 x 10-10 J/kg )
5. Pada gambar di bawah ini, massa m1 = 0,3 kg dan massa m2 = 0,1 kg.
a. Tentukanlah potensial gravitasi yang disebabkan oleh massa m1 dan m2 dititik O
dan dititik A.
b. Berapakah usaha yang dilakukan untuk mengangkut massa m = 0,01 kg dari titik A
ke titik O -5 G J/kg.
( jawab : a . -7 G J/kg ;
b. 0,02 G joule )
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
53
E.2 Hukum Kekekalan Energi
Untuk gerakan benda dalam medan gravitasi yang tidak sama kekuatan di semua titik,
hendaknya dipecahkan dengan perhitungan potensial gravitasi atau tenaga potensial gravitasi.
Jika gaya-gaya gesekan diabaikan, dasar persangkutannya hanyalah kekekalan energi, yaitu :
Ek + Ep = konstan.
Ek(1) + Ep(1) = Ek(2) + Ep(2)
Disini pembicaraan akan kita batasi hanya mengenai gerakan massa m dalam medan gravitasi
yang ditimbulkan oleh titik tunggal yang tetap atau bola homogen bermassa m. Sehingga :
Ek =
1
2
M m
r
mv2 dan Ep = m V = - G
Akhirnya kita dapatkan bahwa :
1
2
m(v1)2 - G
M m
=
r1
(v2)2 = (v1)2 + 2G M (
1
2
m(v2)2 - G
1 1
 )
r2 r1
M m
r2
………………………(2-44)
F. MOMENTUM DAN IMPULS
F.1 Pengertian Momentum dan Impuls
Setiap benda yang bergerak mempunyai momentum. Momentum juga dinamakan
jumlah gerak yang besarnya berbanding lurus dengan massa dan kecepatan benda.
Suatu benda yang bermassa m bekerja gaya F yang konstan, maka setelah waktu t benda
tersebut bergerak dengan kecepatan :
vt = vo + a . t
F
vt = vo +
. t
m
F . t = m . vt – m.vo
………………………(2-45)
Besaran F. t disebut : IMPULS sedangkan besarnya m.v yaitu hasil kali massa
dengan kecepatan disebut : MOMENTUM
m.vt = momentum benda pada saat kecepatan vt
m.vo = momentum benda pada saat kecepatan vo
Kesimpulan
Momentum ialah : Hasil kali sebuah benda dengan kecepatan benda itu pada suatu saat.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
54
Momentum merupakan besaran vector yang arahnya searah dengan
Kecepatannya.
Satuan dari mementum adalah kg m/det atau gram cm/det
Impuls adalah : Hasil kali gaya dengan waktu yang ditempuhnya. Impuls merupakan
Besaran vector yang arahnya se arah dengan arah gayanya.
Perubahan momentum adalah akibat adanya impuls dan nilainya sama dengan impuls.
IMPULS = PERUBAHAN MOMENTUM
F.2 Hukum Kekekalan Momentum
vA
vA’
vB
FAB
FBA
vB’
Gambar 2.35 tumbukan dua benda
Misalkan benda A dan B masing-masing mempunyai massa mA dan mB dan masingmasing bergerak segaris dengn kecepatan vA dan vB sedangkan vA > vB. Setelah tumbukan
kecepatan benda berubah menjadi vA’ dan vB’. Bila FBA adalah gaya dari A yang dipakai
untuk menumbuk B dan FAB gaya dari B yang dipakai untuk menumbuk A, maka menurut
hukum III Newton :
FAB = - FBA
FAB . t = - FBA . t
(impuls)A = (impuls)B
mA vA’ – mA vA = - (mB vB’ – mB vB)
mA vA + mB vB = mA vA’ + mB vB’
………………………(2-46)
Jumlah momentum dari A dan B sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama/tetap. Hukum
ini disebut sebagai HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM LINIER.
F.3 Tumbukan
Pada setiap jenis tumbukan berlaku hukum kekekalan momentum tetapi tidak selalu
berlaku hukum kekekalan energi mekanik. Sebab disini sebagian energi mungkin diubah
menjadi panas akibat tumbukan atau terjadi perubahan bentuk :
Macam tumbukan yaitu :
a. Tumbukan elastis sempurna, yaitu tumbukan yang tak mengalami perubahan energi.
Koefisien restitusi e = 1
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
55
b. Tumbukan elastis sebagian, yaitu tumbukan yang tidak berlaku hukum kekekalan
energi mekanik sebab ada sebagian energi yang diubah dalam bentuk lain, misalnya
panas. Koefisien restitusi 0 < e < 1
c. Tumbukan tidak elastis , yaitu tumbukan yang tidak berlaku hukum kekekalan energi
mekanik dan kedua benda setelah tumbukan melekat dan bergerak bersama-sama.
Koefisien restitusi e = 0
Besarnya koefisien restitusi (e) untuk semua jenis tumbukan berlaku :
v  vB
e A
v A  vB
|
|
|
………………………(2-47)
|
v A ; v B = kecepatan benda A dan B setelah tumbukan
vA ; vB = kecepatan benda A dan B sebelum tumbukan
Energi yang hilang setelah tumbukan dirumuskan :
Ehilang = Eksebelum tumbukan - Eksesudah tumbukan
Ehilang = { ½ mA vA2 + ½ mB vB2} – { ½ mA (vA’)2 + ½ mB (vB’)2}…………(2.48)
Tumbukan yang terjadi jika bola dijatuhkan dari ketinggian h meter dari atas lantai.
Kecepatan bola waktu menumbuk lantai dapat dicari dengan persamaan :
vA = 2 gh
Kecepatan lantai sebelum dan sesudah tumbukan adalah 0.
vB = vB’ = 0
Dengan memsukkan persamaan tumbukan elstis sebagian :
v A  vB
v A  vB
|
e
v 0
diperoleh : e   A
vA  0
|
|
|
atau
dengan demikian diperoleh : e 
h’ = tinggi pantulan
v
e A
vA
h'
h
h = tinggi bola jatuh.
Untuk mencari tinggi pntulan ke-n dapat dicari dengan : hn = h0 e2n
LATIHAN SOAL
1. Seorang pemain bisbol akan memukul bola yang datang padanya dengan massa 2 kg
dengan kecepatan 10 m/s, kemudian dipukulnya dan bola bersentuhan dengan pemukul
dalam waktu 0,01 detik sehingga bola berbalik arah dengan kecepatan 15 m/s.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
56
a. Carilah besar momentum awal
b. Carilah besar momentum akhir
c. Carilah besar perubahan momentumnya.
d. Carilah besar impulsnya.
e. Carilah besar gaya yang diderita bola.
( a. 20 kg m/s, b. 30 kg m/s, c. 50 kg m/s, d. 50 kg m/s dan e. 5.000 newton )
2. Dua buah benda massanya 5 kg dan 12 kg bergerak dengan kecepatan masing-masing 12
m/s dan 5 m/s dan berlawanan arah. Jika bertumbukan sentral, hitunglah :
a. Kecepatan masing-masing benda dan hilangnya energi jika tumbukannya elastis
sempurna.
b. Kecepatan masing-masing benda dan energi yang hilang jika tumbukannya tidak
elastis sama sekali.
( a. -5 m/s dan 12 m/s , nol, b. nol , 510 joule)
3. Massa perahu sekoci 200 kg bergerak dengan kecepatan 2 m/s. dalam perahu tersebut
terdapat orang dengan massa 50 kg. Tiba-tiba orang tersebut meloncat dengan kecepatan 6
m/s. Hitunglah kecepatan sekoci sesaat (setelah orang meloncat)
Jika : a. arah loncatan berlawanan dengan arah sekoci.
b. arah loncatan searah dengan arah perahu.
( 03. a. 4 m/s, b. 1 m/s )
4. Benda jatuh di atas tanah dari ketinggian 9 m. Ternyata benda terpantul setinggi 1 meter.
Hitunglah :
a. Koefisien kelentingan.
b. Kecepatan pantulan benda.
c. Tinggi pantulan ketiga.
1
1
( a. , b. 2 5 m/s, c.
m )
3
81
5. Sebuah peluru dari 0,03 kg ditembakkan dengan kelajuan 600 m/s diarahkan ppada
sepotong kayu yang massanya 3,57 kg yang digantung pada seutas tali. Peluru mengeram
dalam kayu, hitunglah kecepatan kayu sesaat setelah tumbukan ? (5 m/s )
Daftar Pustaka
Crowell Benjamin, 2005, Newtonian Physics, Creative Commons Attribution-ShareAlike.
Dede, 2007, PPT file: Besaran Dalam Ilmu Fisika, free-ebook, [email protected]
Jonifan,dkk, 2008, Fisika Mekanika, Open Course at OCW Gunadarma.
Miller, F.J.R., 1989, College Physics, McGraw-Hill.
Jati, Bambang Murdaka Eka. 2008. Fisika Dasar untuk Mahasiswa Ilmu-Ilmu Eksakta dan
Teknik. Yogyakarta. ANDI
Tippler, P.A., 1991, Physics fir Scientists and Engineers, Worth Publisher.
Ringkasan Materi Fisika Dasar ---- alifis@corner alifis.wordpress.com
57