Menurut kami - WordPress.com

Dr. Eng. Elin Yusibani,
Jurusan Fisika
Universitas Syiah Kuala
Last updated: Oktober 2015
1
Mekanika adalah cabang fisika yang memfokuskan
pada gerak benda (Kinematika) dan penyebab
gerak yaitu gaya (Dinamika)
Kinematika berhubungan dengan konsep yang
diperlukan untuk menjelaskan gerak tanpa
menghiraukan penyebab geraknya.
Dinamika Bahasan tentang kaitan antara keadaan
gerak suatu benda dengan penyebabnya.
TUJUAN INSTRUKSIONAL
Setelah mengikuti pertemuan ini
mahasiswa dapat menentukan
besaran-besaran dinamika (gaya,
massa dan percepatan) untuk
persoalan dinamika dengan gaya tetap
Konsep Gaya Sehari hari
Gaya dorong dari
seorang pemain
basket untuk
memasukkan bola
Gaya tarik dari
sebuah kapal
boat untuk
peselancar air
Contoh gaya tidak
kontak adalah seorang
penerjun payung yang
tertarik ke arah bumi
karena adanya gaya
gravitasi.
Mengapa mereka bisa melakukannya?
TELURPUN BISA
BERDIRI
Massa
 Massa merupakan ukuran kuantitatif
dari inersia (kelembamam) suatu
benda.
 Beberapa benda besar sukar untuk
dipindahkan atau cukup sulit untuk
menghentikannya ketika benda
tersebut sedang bergerak.
 Massa merupakan kuantitas skalar.
Sistem
Massa
SI
CGS
BE
kg
g
slug
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
Massa Dan Gaya
 Pada abad ke tujuhbelas, Isaac Newton,
mengembangkan pekerjaan yang
ditinggalkan Galileo, merumuskan tiga
hukum penting yang berkaitan dengan
gaya dan massa.
 Kumpulan ketiganya dikenal dengan
“Hukum-Hukum Newton tentang
Gerak” dan memberikan dasar untuk
mengetahui pengaruh gaya terhadap
sebuah benda.
Ahli filsafat mengatakan (sebelum jaman Galileo):
“…agar benda tetap bergerak perlu adanya
pengaruh dari luar atau ‘Gaya’,..apabila
pengaruh gaya luar ini tidak ada, maka benda
akan berhenti dengan sendirinya karena
secara alamiah benda selalu ada dalam
keadaan diam…”
Pengujian!
Beri gaya
dorong, F
Pada waktu , t
, akan berhenti
Permukaan kasar
10
Beri gaya
dorong, F
Pada waktu , t , akan berhenti
1
Beri gaya
dorong, F
2
Permukaan
kasar
Pada waktu , t , akan
berhenti
Permukaan licin (gunakan
pelumas)
Beri gaya
dorong, F
Balok bergerak tidak akan berhenti, kec.
Ada gaya luar yang bekerja
3
Permukaan licin, nyaris tanpa
gesekan
11
HK Newton ke-1
“…setiap benda akan
tetap berada dalam
keadaan diam atau
bergerak
lurus
beraturan kecuali jika
ia
dipaksa
untuk
mengubah keadaan itu
oleh gaya-gaya yang
berpengaruh
padanya…”
Sir Isaac Newton PRS MP was an
English physicist and mathematician
F  0
12
HK Newton ke-1 berbicara tentang
kerangka acuan. Pada umumnya,
percepatan suatu benda bergantung
kepada kerangka acuan mana ia
diukur. Jika tidak ada benda lain
didekatnya (artinya tidak ada gaya
yang bekerja) maka dapat dicari suatu
kerangka acuan
sehingga suatu
partikel tidak mengalami percepatan
Kenyataannya bahwa tanpa gaya luar suatu benda akan tetap diam atau tetap
bergerak lurus beraturan sering kita sebut sebagai inersia (kelembaman)
13
Kerangka acuan: Pohon pohon yang bergerak mengejar
kita, atau kita yang bergerak mengejar pohon?????
14
Kerangka acuan yang tepat/mudah untuk memetakan arah
pergerakan kondektur bus adalah bis sebagai benda diam,
padahal menurut orang diluar bis, bis sedang bergerak
dengan kecepatan v
15
Bagaimana pengaruh gaya (F) terhadap massa
benda (m) dihubungkan dengan percepatannya
(a)????
Akan bergerak dengan
percepatan a1
Hasil eksperiment!
Beri gaya
dorong, F
m1
m2
Akan bergerak dengan
percepatan a2 (a2>a1)
m1 a 2

(untuk F yang sama )
m2 a1
16
HK Newton ke-2
“…jumlah vektor gaya
(F) yang bekerja pada
benda akan sebanding
dengan massa (m) dan
percepatannya (a)…”
F  ma
Sir Isaac Newton PRS MP was an
English physicist and mathematician
17
Gaya yang bekerja pada
suatu benda berasal dari
benda-benda lain yang
membentuk
lingkungannya
Secara
eksperimen:
apabila sebuah benda
melakukan gaya pada
benda
kedua
maka
benda
kedua
juga
melakukan gaya yang
sama
pada
benda
pertama, kedua gaya ini
sama
besar
hanya
berlawanan arah
18
Gaya pertama
bekerja pada balok,
gaya kedua bekerja
pada mahasiswa,
tetapi gaya
keduanya adalah
sama besar
Seorang mahasiswa mendorong balok sehingga balok bergeser dan
mengalami percepatan, atau balok mendorong seorang mahasiswa
sehingga kecepatan mahasiswa tersebut mengalami
penurunan
(perlambatan)
19
Semakin jauh pemanah
menarik busurnya
kebelakang maka semakin
jauh anak panah melesat
ke depan
aksi
reaksi
Gaya pertama bekerja
pada busur, gaya kedua
bekerja pada anak panah,
tetapi gaya yang dihasilkan
adalah sama
besar/sebanding
20
HK Newton ke-3
“…untuk setiap aksi
selalu terdapat reaksi
yang sama besar dan
berlawanan arah…”
Faksi   Freaksi
Sir Isaac Newton PRS MP was an
English physicist and mathematician
21
Sistem Satuan Dalam
Hukum Newton
Sistem
satuan
SI
Gaya
Massa
Percepatan
Newton (N)
m/s2
cgs
Dyne
kilogram
(kg)
gram (g)
Cm/s2
BE
Pound (lb)
slug
Feet/s2
BE = British Empire
1 slug = 14.593903 kg
1 foot/feet= 12 inches=0.3048 m
1 N≡ 1 kg·m/s2= 105 dyne≈ 0.10197 kpound
22
Gaya Berat (W)
Berat sebuah benda adalah gaya gravitasional yang
dilakukan oleh bumi padanya, berat termasuk gaya dan
besaran vektor (memiliki arah). Arah dari gaya ini adalah
menuju pusat bumi satuannya adalah Newton
Jika sebuah massa dibiarkan jatuh bebas dengan
percepatan gravitasi g, maka gaya yang bekerja pada
benda itu adalah gaya berat (W) dimana
W  mg
Dengan g=9,80 m/s2
23
Berat
 DEFINISI
Berat sebuah benda di bumi disebabkan
pengaruh gaya gravitasi bumi terhadap benda
tersebut.
Berat selalu mengarah ke bawah, menuju pusat
dari bumi.
 SI Unit of Weight: newton (N)
Hubungan antara
Massa dengan Berat
 Massa adalah ukuran kuantitatif dari inersia
suatu benda. Massa merupakan sifat intrinsik
dari bahan dan tidak berubah apabila benda
tersebut dipindahkan dari satu lokasi le lokasi
yang lain.
 Berat adalah pengaruh bekerjanya gaya
gravitasi terhadap sebuah benda dan dapat
berubah-ubah, tergantung kepada berapa jauh
benda tersebut berada di atas permukaan bumi.
Hubungan antara
Massa dengan Berat
 Hubungan antara berat W dan massa m dapat
dituliskan sebagai berikut:
ME
W  G 2 m  mg
r

g
 Berat suatu benda yang bermassa m
bergantung kepada nilai dari konstanta
gravitasi universal G, massa bumi ME dan jarak
benda r.
 Nilai spesifik dari g = 9.80 m/s2 dipakai apabila
jika jarak r sama dengan jari-jari bumi RE.
Gaya Normal
 DEFINISI
Gaya normal FN adalah sebuah komponen dari gaya
yang bekerja pada suatu benda yang mengalami
kontak dengan permukaan bidang, dinamakan
seperti itu karena komponen ini tegak lurus pada
permukaan.
Gaya Normal
 Hukum III Newton, memainkan peranan penting
dalam hubungan dengan gaya normal. Seperti pada
gambar di depan, untuk sesaat, balok memberikan
suatu gaya di atas meja dengan menekan meja
tersebut ke bawah. Konsisten dengan hukum III
Newton, maka meja akan memberikan gaya dengan
arah berlawananyang memiliki besar yang sama
kepada balok tersebut. Reaksi meja ini yang
disebut sebagai gaya normal. Besarnya gaya normal
menyatakan seberapa kuat dua buah benda
menekan satu dengan lainnya.
Gaya Normal
 Jika sebuah benda diam di atas permukaan
horisontal dan tidak ada gaya vertikal yang bekerja,
kecuali berat benda dan gaya normal, besarnya
kedua gaya ini adalah sama, FN = W.
 Jika besarnya kedua gaya ini tidak sama, maka akan
ada resultan gaya yang bekerja pada balok dan
balok akan dipercepat ke atas maupun ke bawah,
sesuai dengan hukum II Newton.
Gaya Gesek (fg)
Bagaimana mobil bisa
berkecepatan tinggi apabila
permukaan nya kasar??
Bagaimana bisa
berpijak apabila
permukaan nya
licin??
Bagaimana bisa
meluncur apabila
permukaan nya
kasar??
Bagaimana bisa memegang
pensil apabila permukaan
nya licin??
31
Gaya gesek statik: gaya gesek dua permukaan
yang saling diam
f s  s N
 :koefisien
gesek
N :gaya normal
Gaya gesek kinetik: gaya gesek yang bekerja
antara dua permukaan yang saling bergerak
f k  k N
32
Gaya Gesek Statik Dan Kinetik
 Ketika suatu benda bersentuhan dengan suatu
permukaan, maka ada sebuah gaya yang bekerja pada
benda tersebut.
 Jika gaya yang tegak lurus permukaan dikenal dengan
gaya normal, ketika benda bergerak, maka ada gaya
yang bekerja sejajar dengan permukaan, gaya ini
dikenal sebagai gaya gesek atau gesekan.
Gaya Gesek Statik
 DEFINISI
Besarnya fs gaya gesek statik dapat memiliki nilai
antara nol sampai dengan nilai maksimum fsMAX,
bergantung kepada besarnya gaya yang bekerja.
 Dengan kata lain fs  fsMAX.
fsMAX = sFN
dengan s adalah koefisien gesekan statik dan FN
adalah besarnya gaya normal.
Gaya Gesek Kinetik
 Besarnya fk yang merupakan gaya gesek kinetik
diberikan oleh:
fk = kFN
dengan
k adalah koefisien gesek kinetik dan FN adalah
besarnya gaya normal.
Gaya melingkar
beraturan
Jika suatu benda melaju
dengan kecepatan
konstant, v, sepanjang
lingkaran berjari-jari, R,
maka benda mengalami
percepatan sentripetal, a,
yang besarnya sebanding
dengan:
v2
a
R
Maka gaya yang bekerja
adalah:
mv2
F  ma 
r
36
Gaya Tegangan Tali
 Gaya biasanya dikerjakan pada sebuah kabel atau
tali untuk menarik suatu benda (seperti gambar).
 Biasanya massa tali diabaikan (m = 0)
Gaya-Gaya Fundamental
 Gaya Gravitasi
 Gaya inti kuat
 Gaya inti lemah
 Gaya Elektromagnetik
Pada saat ini kita
lebih memfokuskan
kepada gaya ini!
Hukum Newton tentang Gravitasi
 Setiap partikel di alam semesta ini menimbulkan
suatu gaya tarik terhadap partikel lainnya.
 Untuk dua partikel yang memiliki massa m1 dan m2
serta terpisah sejauh r, sehingga gaya yang
dirasakan oleh partikel satu terhadap partikel
lainnya diberikan oleh:
m1m2
F G 2
r
Hukum Newton tentang Gravitasi
 Simbol G menyatakan konstanta gravitasi
universal, G = 6.672 59 × 10-11 N·m2/kg2
 Nilai dari G pertama kali diukur dalam suatu
eksperimen oleh ilmuwan Inggris Henry Cavendish
(1731–1810), lebih dari seabad sesudah Newton
menyatakan teorinya tentang gravitasi universal.