Penerapan Hukum-Hukum Newton Apakah Dinamika Patikel itu? Dinamika Partikel adalah Cabang dari Ilmu Mekanika (Gerak) yang mempelajari gerak dan penyebab dari gerak itu (gaya). HUKUM NEWTON Standar Kompetensi : 2. Menerapkan konsep dan prinsip dasar kinematika dan dinamika benda titik Kompetensi Dasar : 2.3 Menerapkan Hukum Newton sebagai prinsip dasar dinamika untuk gerak lurus, gerak vertikal, dan gerak melingkar beraturan Indikator hasil belajar : Menjelaskan pengertian Hukum Newton I Mengidentifikasi penerapan Hukum Newton I dalam kehidupan sehari-hari. Menjelaskan pengertian Hukum Newton II Mengidentifikasi penerapan Hukum Newton II dalam kehidupan sehari-hari. Menjelaskan pengertian Hukum Newton III Mengidentifikasi penerapan Hukum Newton III dalam kehidupan sehari-hari. Kinematika : didasarkan pada definisi pergeseran, kecepatan dan percepatan Pertanyaan : Mekanisme apakah yang menyebabkan sebuah benda bergerak ? Mengapa benda-benda dapat memiliki percepatan yang berbeda-beda ? Perubahan Gerak : dijelaskan dengan konsep gaya, massa dan momentum PERUBAHAN GERAK (Percepatan) oleh GAYA PERUBAHAN BENTUK (deformasi) PERUBAHAN SUHU PERUBAHAN UKURAN ? Menggambarkan adanya interaksi antara benda dengan lingkungannya. Merupakan besaran vektor. GAYA • Gaya muncul sebagai interaksi dari dua buah • • benda/sistem Pada suatu benda bisa bekerja beberapa gaya sekaligus. Gaya-gaya ini muncul karena adanya interaksi benda tersebut dengan lingkungannya. Jika benda dalam keadaan setimbang, resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah nol Kontak langsung INTERAKSI Jarak jauh Medan gaya Medan gaya (interaksi) yang terjadi di alam : Gaya gravitasi : antara benda bermassa Gaya elektromagnetik : antara benda bermuatan Gaya Kuat : antara partikel subatomik Gaya lemah : proses peluruhan radioaktip BERAT (Gaya Gravitasi) • Berat atau Gaya Gravitasi adalah gaya tarik bumi terhadap benda-benda di sekitar permukaan bumi. W = berat benda m = massa benda g = percepatan gravitasi W=mg Rumus berat: ΣF = ma w = mg 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 HUKUM NEWTON I tentang Gerak Selama tidak ada resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda maka benda tersebut akan selalu pada keadaannya, yaitu benda yang diam akan selalu diam dan benda yang bergerak akan bergerak dengan kecepatan konstan. SF=0 Hukum Kelembaman a=0 Sistem Inersial BENDA TERLETAK DI ATAS MEJA N W ΣF=0 N-W = 0 N= W N = m.g APLIKASI SISTEM GAYA SISTEM PEDATI SISTEM PESAWAT TERBANG F1 F2 F3 F4 Gaya Gaya Arah F1 = Gaya tarikan kuda Ke depan F2 = Gaya dorongan lantai Ke depan F3 = Gaya tarikan gerobak Ke belakang F4 = Gaya gesekan Ke belakang Arah Gravity Ke bawah Lift Ke atas Air Drag Ke belakang Glider Ke belakang Propeller Ke depan APLIKASI HUKUM 1 NEWTON BAGAIMANA DENGAN PERISTIWA YANG INI ?? JELASKAN MENURUT PENDAPATMU ! APLIKASI HUKUM 1 NEWTON MENGAPA ORANG ITU BISA TERPENTAL ???? APLIKASI HUKUM 1 NEWTON APA YANG TERJADI DENGAN TANGGA TERSEBUT ??? Fakta menunjukkan: • Benda akan bergerak • Muncul kecepatan yang terus berubah (percepatan) • Massa yang lebih besar lebih susah berubah kecepatannya Bahasa yang dipermudah a= F m Diagram Gaya Bebas Gaya-gaya yg bekerja pada benda adalah : 1. Gaya berat (akibat gravitasi) yang arahnya kebawah 2. Gaya penahan yang dilakukan oleh lantai yang arahnya ke atas, tegak lurus lantai, disebut gaya normal 3. Gaya tarikan tali yang arahnya ke kiri HUKUM NEWTON II Percepatan pada sebuah benda sebanding dengan resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut a F F = ma Fx = max Fy = ma y Fz = ma z Satuan Gaya : newton (N) 1 N 1 kg m s -2 1 dyne 1 g cm s 2 1 lb = 1 slug ft s 2 1 N = 105 dyne 1 N = 0.225 lb Aplikasi Hukum Newton 1. Benda di atas bidang datar Σ F = m.a F1 + F 2 = m.a Σ F = m.a F1 – F 2 = m.a F1 = F 2 , a = 0 (Benda diam) Σ F = m.a F cos α = m.a a = F cos α m F sin α tidak bekerja 2. Benda di atas bidang miring ΣF = m.a W sin α = m.a a = W sin α m Fs, as, Ft, at ? Gaya gesek • Bekerja jika ada dua permukaan benda yang bersentuhan secara langsung • Arahnya berkebalikan dengan kecenderungan arah gerak • Ada dua keadaan, yaitu diam (statik) dan bergerak (kinetik) The matrix Gaya Gesekan GAYA GESEK Benda diam N N Benda bergerak a Gaya normal F fs Gaya gesek statik fk Gaya berat W f s = F f s ,maks F Gaya gesek kinetik f W F f s ,maks f s ,maks = s N F = 0 F = ma f k = k N statik kinetik F jika F f s ,maks (benda diam ) f s = s . N jika F = f s ,maks (benda mau bergerak ) jika F f s ,maks (benda bergerak ) f k = k . N BENDA MELUNCUR PADA BIDANG MIRING DAN DI PENGARUHI OLEH GESEKAN DENGAN BIDANG ∑ F = m.a W sin α - fk = m.a a = W sin α – μk.N m a = m.g sin α-μk.m.g cos α m a = g (sin α –μk .cos α) Sebuah benda bermassa 4 kg berada di atas bidang yang memiliki kemiringan 37° dan koefisien gesekan dengan benda µs =0,4 µk=0,3. Apakah benda akan meluncur ke bawah? Berapakah gaya gesekan benda dengan bidang? Jika benda ditarik dengan gaya F sejajar bidang ke atas. Berapa besar gaya F agar benda tidak bergerak? Sebuah benda ditarik dengan gaya F1 = 100 N ke kanan membentuk sudut 37° dengan arah horizontal dan gaya F2 = 20 N ke kiri. Jika massa benda 10 kg, tentukan percepatan benda. Tentukan juga percepatan benda jika F1 diperbesar menjadi 200 N. Fh,ah? Fv,av? a? JIKA BENDA BERGERAK PADA BIDANG MIRING Jika benda pada bidang miring di dorong naik sehingga bergerak dengan percepatan tetap (GLBB) naik,maka berlaku : ∑ F x m.a F – fk – Wx = m.a F - fk – mg sin α = m.a F- μk.N – mg sin α = m.a a = F- μk.N – mg sin α m Jika benda pada bidang miring bergerak turun tanpa di dorong dengan percepatan tetap ,berlaku : ∑ F x m.a Wx – fk = m.a Mg sin α – fk = m.a mg sin α - μk.N = m.a A = mg sin α - μk.N m MENENTUKAN KOEFISIEN GESEKAN KOEFISIEN GESEK STATIS : μs = tan α KOEFISIEN GESEK KINETIS : μk = tan α - a g cos α GAYA GESEKAN PADA TIKUNGAN JALAN Saat mobil di tikungan diperlukan gaya sentripetal ,ban tidak menggeser tapi menggelinding sehingga mengalami gaya gesek statis(fs),maka : Fs = fs fs = m. V2 R μs .N = m.V2 v = kecepatan maksimum kendaraan di tikungan (m/s) R μs = koefisien gesek ban dengan jalan μs .m.g = m. V2 R = jari-jari tikungan jalan R μs .g =V2 V = √ μs. g.R R GAYA GESEKAN PADA TIKUNGAN JALAN Disamping gaya sentripetal untuk menikung diperlukan kemiringan jalan yang dapat menyebabkan komponen gaya normal (N sin Ѳ ) menuju pusat tikungan dan menghasilkan perc.sentripetal. V = √ g.R tan Ѳ μs = tan Ѳ V = √ μs g.R N sin Ѳ = m V2 R N cos Ѳ =m.g---- N = m.g cos Ѳ m.g . sin Ѳ = mV2 cos Ѳ R V2 = g.tan Ѳ R V2 = g .R. tan Ѳ V = √ g.R tan Ѳ GERAK BENDA DIHUBUNGKAN DENGAN TALI A B T T a F Benda A dan B dihubungkan dengan tali maka pada saat benda B diberi gaya F ke dua benda akan bergerak dengan percepatan (a) yang sama besar Jika massa benda A = mA dan massa benda B = mB, maka percepatan a dapat dihitung dengan menganalisa gaya-gaya yang bekerja pada masing-masing benda Benda A SF =mA.a T = mA.a …..(I) Benda B SF =mB.a F - T = mB.a …..(II) Nilai T dari persamaan …(I) di substitusikan pada persamaan ..(II) F – mA.a = mB.a F = mA.a + mB.a F = ( mA + mB ).a a= F ( mA + mB ) 2. Tegangan Tali a= T1?? F m1 m 2 m3 T2?? Pesawat Atwood m1>m2 m1 turun, m2 naik a=..? T2 T1 Perhatikan gaya-gaya yang bekerja pada Benda A SFA = mA.a T a T WA – T = mA.a…………(I) B WB T T Perhatikan gaya-gaya yang bekerja pada Benda B SFB = mB.a A WA a Benda B naik dan benda A turun dengan percepatan yang sama yaitu a , percepatan ini di sebut percepatan system. Untuk mendapatkan rumus percepatan a. Perhatikan gaya-gaya yang bekerja pada masing-masing benda. T - WB = mB.a…………(II) Jika pers (I) dan (II) dijumlah diperoleh : WA - WB = (mA + mB).a g(mA - mB ) = (mA + mB).a a= g(mA - mB ) mA + mB Masalah Dua Benda yang Dihubungkan dengan Katrol Mengapa Berat Kita di Evalator Berubah-ubah? Untuk evalator diam atau bergerak dengan kecepatan tetap: Σfy = 0 +N – mg = 0 Untuk evalator sedang bergerak dengan percepatan a: Σfy = 0 +N – mg = 0 Evalator bergerak ke bawah sehingga a harus di beri nilai negatif. Evalator bergerak ke atas sehingga a harus di beri nilai positif. Sebuah benda yang bermassa 5 kg berada di atas bidang datar. Koefisien gesekan antara benda dan bidanga adalah µ =0,4 µ =0,2. Jika benda ditarik dengan gaya 15 N arah horizontal ke kanan apakah benda bergerak? Dan berapakah gaya gesekan benda dan bidang? s k Jika gaya yang diberikan adalah F=25 N , berapa percepatan benda? Tugas 2 (Kerjakan di rumah) 1 Gaya F sebesar 20 N ditarik ke kanan membentuk sudut 37° Dengan arah horizontal. Massa benda 5 kg dan koefisien gesekan µs =0,4 , µk=0,2. Gambarkan DBB nya! Apakah benda sudah bergerak? Berapa gaya gesekan benda dengan bidang? 2 Sebuah benda yang memiliki massa 5 kg berada di atas bidang Dengan koefisien gesekan µs =0,3 µk=0,2. Benda tersebut dihubungkan dengan benda lain yang memiliki massa 2 kg oleh Seutas tali yang dilewatkan pada sebuah katrol spt gambar. Gambarkan DBB nya !! Tentukan percepatan benda dan tegangan tali? 3 Sebuah kotak bermassa 20 kg diam di atas meja. (a) Berapa berat kotak dan gaya normal yang bekerja padanya? (b)Kotak bermassa 10 kg diletakkan di atas kotak bermassa 20 kg. Berapa gaya normal yang bekerja pada kotak 20 kg dan gaya normal Pada kotak 10 kg yang dilakukan kotak bermassa 20 kg. Gambarkan DBB untuk masing soal (a) dan (b) !! HUKUM NEWTON III Jika dua benda berinteraksi, gaya yang dilakukan oleh benda pertama pada benda kedua sama dan berlawanan arah dengan gaya yang dilakukan oleh benda kedua pada benda pertama. M1 F21 F12 M2 F12 = F21 Jika kita memukul (atau menarik) sebuah benda / orang, maka benda itu (orang) akan memukul ( atau menarik ) kita balik Newton 48 Beberapa Contoh Hukum III Newton dalam Keseharian aksi reaksi Aksi: Anda mendorong lantai ke belakang Reaksi: Lantai mendorong Anda ke depan reaksi aksi Aksi: Tangan mendorong air ke belakang Reaksi: Air mendorong Anda ke depan aksi reaksi aksi reaksi Aksi: Telapak kaki mendorong papan ke belakang Reaksi: Papan start mendorong ke depan Aksi: Peluru mendorong senapan ke belakang Reaksi: Senapan mendorong peluru ke depan
