11001-8-457952174246
-
Upload
feris-kamlasi -
Category
Documents
-
view
222 -
download
0
Transcript of 11001-8-457952174246
Jurusan Teknik Sipil MODUL KE-8 Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB IR. ALIZAR, M.T FISIKA DASAR
MODUL PERTEMUAN KE – 8
MATA KULIAH : FISIKA DASAR (4 sks)
MATERI KULIAH:
Pendahuluan, Massa, Sistem Satuan, Hukum Newton Tentang Gravitasi Sejagat,
Massa Dan Berat.
POKOK BAHASAN:
HUKUM II NEWTON. GRAVITASI
8.1 PENDAHULUAN
Pada hukum I Newton bahwa jika gaya resultan pada benda adalah nol,
maka vektor kecepatan benda tidak berubah atau percepatan benda tersebut
juga nol. Benda yang mula – mula diam akan tetap diam; benda yang mula –
mula bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan sama.
Bagaimana dengan benda yang mempunyai gaya resultan terhadapnya
bukan nol ? Hal ini diungkapkan dalam hukum kedua Newton.
Hukum kedua ,meyatakan bahwa: Bila gaya resultan F yang bekerja pada
suatu benda dengan massa m tidak sama dengan nol, maka benda tersebut
akan mengalami percepatan kearah yang sama dengan gaya.
Pada bab ini diasumsikan bahwa kecepatan yang dibahas hanya kecil
dibanding kecepatan cahaya sehingga masalah relativitas diabaikan. Demikan
juga percepatandan kecepatan itu harus dianggap realtif terhadap suatu sistem
sumbu lembam. Dan gerak dianggap gerak lurus saja.
8.2 MASSA
Sebagai ilustrasi percepatan dapat dilihat pada gambar berikut ini, yang
merupakan pandangan atas sebuah partikel diatas permukaan benda datar
tanpa gesekan.
Jurusan Teknik Sipil MODUL KE-8 Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB IR. ALIZAR, M.T FISIKA DASAR
Gambar (a) Partikel sedang bergerak ke kanan sepanjang sumbu x suatu
sistem sumbu lembam. Padanya bekerja gaya horizotal sebesar F. Selama gaya
bekerja maka kecepatan benda tersebut bertambah atau dengan kata lain punya
percepatan a= dv/dt, meuju kekanan.
Jika F konstan maka kecepatan akan bertambah secara konstan. Bila F
berubah maka perubahan kecepatan perdetik akan sebanding dengan
perubahan gaya itu.
Gambar (b) Kecepatan benda juga kekanan, tetapi arah gaya ke kiri.
Dalam kondisi ini bendaakan bergerak lebih lambat (jika gaya itu terus bekerja,
arah gerak benda akhirnya membalik). Percepatan sekarang mengarah ke kiri
sama dengan arah gaya. Jadi besarnya percepatan berbanding lurus dengan
gaya dan arahnya juga sama, tak peduli kemana arah kecepatan.
Karena a berabnding lurus dengan F maka perbandingan gaya dan
perubahan kecepatan per detik adalah suatu konstanta, yang disebut Massa m
dari benda tersebut.
a
F
dtdv
Fm ==
Atau
amdt
dvmF .==
Persamaan vektor F = m . a dapat ditulis dalam suku – suku komponen –
komponen seperti,
xx
x madt
dvmF ==∑ y
yy ma
dt
dvmF ==∑ z
zz ma
dt
dvmF ==∑
Dimana gaya – gaya adalah komponen – komponen dan gaya – gaya
eksternal yang bekerja pada benda. Kiranya perlu ditekankan bahwa hukum ini
disini digunakan utuk suatu partikel, karena bila gaya resultan bekerja terhadap
suatu benda yangbesar maka benda tersebut mungkin akan berputar dan tidak
semua partikelnya punya percepatan sama.
Jurusan Teknik Sipil MODUL KE-8 Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB IR. ALIZAR, M.T FISIKA DASAR
8.3 SISTEM SATUAN
Untuk menentukan satuan yang digunakan maka dapat dirangkum dalam
tabel berikut:
8.4 HUKUM GRAVITASI SEJAGAT
Hukum Newton tentang gravitasi adalah gaya untuk 2 partikel, berbunyi:
Setiap partikel materi di jagat raya melakukan tarikan terhadap setiap partikel
lainnya dengan suatu gaya yang berbanding langsung dengan hasil kali massa
partikel –partikel itu berbanding terbalik dengan kuadrat jarak yang
memisahkannya. Atau jika dirumuskan menjadi:
2
'
r
mmGFg =
Dimana:
Fg = gaya gravitasi amsing – masing partikel
r = jarak partikel
m dan m` = massa massanya
G = konstanta gravitasi
Gaya – gaya partikel yang bekerja pada partikel – partikel tersebut
membentuk sepasang aksi reaksi yang walupun massanya berbeda, gaya yang
sama besar bekerja pada partikel tersebut.
Jika hukum tersebut diterapkan pada bumi dan benda kecil atau bumi dan
bulan dengan bumi sebagai pusatnya maka dianggap bahwa bumi merupakan
bola homogen dimana bila gaya gravitasi dilakukan pada atau olehnya, maka
sama seperti sandainya seluruh massa bola itu terkonsentrasi pada suatu titik di
pusatnya. Sehingga gaya yang dilakukan olehnya terhadap suatu benda kecil
bermassa m dan berjarak r dari bumi adalah:
2r
mmGF g
g =
Besaranya konstanta G dapat dicari dengan eksperimen neraca cavendish, yang
menghasilkan:
Sistem Satuan Gaya Massa Percepatan
Mks Newton (N) Kilogram (kg) m.dt-2
Cgs Dyne (dyne) Gram (g) cm.dt-2
Inggris Pound (lb) Slug ft.dt-2
Jurusan Teknik Sipil MODUL KE-8 Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB IR. ALIZAR, M.T FISIKA DASAR
G = 6,670 x 10-11 Nm2 kg-2
G = 6,670 x 10-8 dyne cm2 g-2
8.5 MASSA DAN BERAT
Secara lebih umum maka berat didefinisikan sebagai gaya gravitasi
reultan yang dilakukan oleh semua benda lainnya di jagat raya ini terhadap
benda itu.
Di dekat permukaan bumi gaya tarik bumi jauh lebih besar dari pada gaya
setiap benda lain, sehingga dapat dianggap bahwa berat disebabkan semata –
mata oleh gaya gravitasi bumi. Hal tersebut dapat dinyatakan dalam rumus
sebagai berikut:
2R
mmGFw E
g ==
R = Jari – Jari bumi ( 6370 km = 6.37 x106 m dan g = 9.8 m.s-2)
Dan jika bumi merupakan suatu sumbu lembam, maka bila sebuah benda
jatuh bebas maka gaya yang mempercepatnya adalah w (beratnya) dan
percepatan yang disebabkan gaya ini adalah gaya gravitasi g. Dari rumus –
rumus:
F = m.a
Untuk benda jatuh bebas menjadi:
w = m.g
Karena:
2.
R
mmGgmw E==
Maka:
2R
mGg E=
Rumus tersebut membuktikan bahwa percepatan yang disebabkan oleh
gaya berat adalah sama untuk semua benda dan hampir konstan (G, ME
konstan,. R hanya sedikit berbeda dari titik di permukaan bumi)
Nilai g yang dapat dipakai adalah 9,8 m.dt-2 atau 32 ft s-2.
ME = Massa Earth (bumi)
Jurusan Teknik Sipil MODUL KE-8 Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB IR. ALIZAR, M.T FISIKA DASAR
N
T
w
xf = 5 N
y
Contoh Soal:
1. Sebuah balok yang massanya 10 kg diam diatas permukaan horisontal.
Berapa gaya horisontal konstan T diperlukan untuk memberikan kecepatan 4
m s-1 dalam 2 sekon, dari keadaan diam, jika gaya gesekan antara balok dan
permukaan konstan dan sama dengan 5 N ? Andaikan semua gaya bekerja
di pusat balok itu (Lihat Gambar 5-3).
Jurusan Teknik Sipil MODUL KE-8 Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB IR. ALIZAR, M.T FISIKA DASAR
Penyelesaian:
Massa balok diketahui. Percepatan y-nya nol. Percepatan x-nya nol dapat
dihitung dari data kecepatan yang diperoleh dalam waktu yang diketahui.
Karena semua gaya konstan, percepatan x adalah konstan, dan berdasarkan
persamaan gerak dengan percepatan konstan, maka:
21
0 22
04 −−
=−=−
= mss
ms
t
vvax
Resultan gaya x ialah:
Σ Fx = T – f
Dan resultan gaya y ialah
Σ Fy = N – W
Jadi berdasarkan hukum kedua ini, kita dapatkan bahwa
N = w = mg = 10 x 9,80 ms-2 = 98,0 N
Dan berdasarkan persaman pertama
T = f + m.ax = 5 N + (10 kg x 2 ms-2) = 25 N
2. Massa m salah satu bola kecil neraca Cavendish ialah 1 g, massa m’ salah
satu bola besar ialah 500 g, dan jarak antara pusat kedua bola ialah 5 cm.
Fg = 6,67 x 10-8 dyn cm2 g-2 ( )25
5001
cm
gxgx
Fg = 1,33 x 10-6 dyn
3. Berat sebuah elevator dan bebannya 1600 lb. Hitunglah tegangan T di dalam
kabel penahan bila elevator itu, yang mula – mula bergerak ke bawah dengan
kecepatan 20 ft sek-1, diberhentikan dengan percepatan konstan dalam jarak
50 ft (lihat Gambar 5-4).
Massa elevator ialah:
slugsft
lb
g
wm 50
32
16002
=== −
Berdasarkan persamaan gerak dengan percepatan konstan.
v2 = v02 + 2ay,
y
vva
2
20
2 −=
Jurusan Teknik Sipil MODUL KE-8 Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB IR. ALIZAR, M.T FISIKA DASAR
w
T
Gmb. 5-4. Gaya resultan sama dengan T – w
Kecepatan awal v0 ialah – 20 ft s-1; kecepatan v ialah nol. Jika kita ambil titik
pangkal pada titik dimana perlambatan dimana perlambatan dimulai, maka y
= - 50 ft. Jadi:
221
4502
)20(0 −−
=−
−−= sftftx
sfta
Karena itu percepatannya positif (berarti keatas). Berdasarkan diagram
benda bebas (Gambar 5-4), gaya resultan ialah:
ΣF = T – w = T – 1600 lb
Karena ΣΣΣΣF =ma
T – 1600 lb = 50 slug x 4 ft s-2 = 200 lb
T = 1800 lb
PR.
1. Berapakah massa anda dinyatakan dalam slug ? Berapa pula berat
anda dalam Newton ?
2. Mengapa kita jatuh kedepan jika kereta api yang sedang bergerak di
perlambat untuk berhenti dan jatuh kebelakang bila kereta dipercepat
dari keadaan diam.
Jurusan Teknik Sipil MODUL KE-8 Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB IR. ALIZAR, M.T FISIKA DASAR
3. Sebuah elevator dengan berat 6400 lb bergerak kebawah dengan
kecepatan 4 ft.dt-2. Hitunglah tegangan tali selama elevator mulai
bergerak.
4. Sebuah benda berat 100 lb terletak pada lantai mendatar, koefisien
gesek dengan lantai 0.25 pada benda diberikan gaya sebesar 40 lb
selama 3 detik. Hitunglah kecepatan benda selama 3 detik terseebut.
No.2.5.13,
No.3.5.17
No.4. 5.18