Dinamika(Menjelaskan mengapa benda bergerak : konsep gaya)

Hukum Dasar

Hukum Newton pertama Hukum Newton kedua Hukum Newton ketiga

Dirumuskan oleh Isaac Newton untuk mempelajari gerakan mekanik pada benda, manusia dan hewan. Dimulai dengan gaya tarik gravitasi dua benda.

• Gaya adalah sesuatu yang menyebabkan benda bergerak.• Ada dua macam gaya :

1. Gaya kontak : kontak fisik antara dua benda : gaya tarik, gaya dorong, gaya gesek, dll

2. Gaya medan : tidak ada kontak fisik

Hukum Newton Pertama

Setiap benda mempunyai sifat mempertahankan keadaannya, baik dalam keadaan diam atau bergerak (HUKUM KELEMBAMAN).

Semua benda akan bergerak lurus, kecuali jika ada gaya yang membelokannya.

Hukum Newton KeduaGaya adalah suatu gangguan yang diberikan pada benda agar bergerak. Jika ada suatu gaya yang bekerja pada benda, maka benda akan mengalami percepatan yang searah dengan arah gaya.

F = m a

F = gaya (Newton, N, kg m/s2)

a = percepatan (m/s)

m = massa benda (kg)

Ingat : massa tidak sama dengan berat !!!

Berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada benda, W = m. g

Hukum Newton KetigaJika suatu benda A memberi gaya F pada benda lain B, maka pada waktu yang bersamaan benda B memberikan gaya N pada benda A. Arah gaya N berlawanan dengan gaya F (Aksi-Reaksi)

F

N

AB

A. BENDA DALAM KEADAAN SETIMBANG

Jika benda dalam keadaan diam (percepatannya nol), maka benda disebut dalam keadaan setimbang.

Contoh : lampu yang digantungkan pada langit-langit rumah.

Karena tidak ada gaya yang bekerja dalam arah sumbu-x, maka Fx = 0.

Jumlah gaya dalam sumbu-y :

x

ymgF;0FT

0maF

gg

yy

T dan Fg bukanlah pasangan gaya aksi reaksi, tapi gaya reaksi dari T adalah T’.

B. BENDA DALAM KEADAAN BERGERAK

Dalam kasus ini, hanya gaya T yang sejajar dengan sumbu-x yang bekerja pada benda:

m

Ta

maTF

x

xx

N

Dalam arah-y, tidak ada percepatan, sehingga :

mgFN

0FN

0maF

g

g

yy

Bagaimana dengan percepatan dan jarak yang ditempuhnya ?

Jika gaya T konstan, maka benda bergerak dengan percepatan konstan (T/m), sehingga benda tersebut bergerak sesuai dengan persamaan gerak dengan percepatan konstan.

Kecepatan :

Jarak yang ditempuh : 20x0

0xx

tm

T

2

1tvxx

tm

Tvv

Kasus (1)

Ilustrasikan gaya-gaya yang bekerja pada sistem seperti gambar disamping ?

C. GAYA PADA BENDA YANG TERLETAK PADA BIDANG MIRING

Gaya-gaya apa saja yang bekerja ?

Bagaimana persamaan gerak mobil tersebut ?

Solusinya :

N

Gaya dalam sumbu-x :

singa

masinmgF

x

xx

Gaya dalam sumbu-y :

0macosmgNF yx

Mobil akan mengalami percepatan yang semakin besar, jika sudut semakin besar (sin besar, jika

juga besar)

Kasus (2)Dikerjakan di kelas

Ilustrasikan gaya-gaya yang bekerja pada mobil yang sedang bergerak pada tanjakan ?

GAYA GESEKJika suatu benda bergerak, baik di permukaan atau didalam suatu medium yang viskos (air, darah, dll), maka akan ada gaya yang menahan gerak benda karena benda berinteraksi dengan medium.

Gaya yang menahan gerak benda disebut dengan gaya gesek. Jika permukaannya licin atau dalam ruang hampa, maka tidak ada gesekan.

(a) Keadaan diam

W = mg

N

NfF

0fF

0maF

ss

s

xx

fs F

mgN

0maFyy

s = koefisien gesekan statis

(b) Keadaan bergerak

W = mg

F

fk xk

xk

maNF

mafF

mgN

N

k = koefisien gesekan kinetik.

Jika koefisien ini besar (permukaan kasar, atau mediumnya kental, maka benda akan bergerak dengan lambat (percepatannya kecil)

Kasus (3) 1. Seorang ayah sedang bermain ski dengan anaknya. Si

anak duduk di roda. Ada dua cara supaya roda ski yang diduduki anak tersebut bergerak : (a) menariknya dan (b) mendorongnya.

Cara manakah yang lebih mudah, mengapa ?

Solusinya :

(a). Mendorong

300

W = mg

N

fk

F

cosF

sinF

sinFmgf

mafcosF

maF

kk

k

(b). Menarik

300

W = mg

N

fk

F

cosF

sinF

sinFmgNf

mafcosF

maF

kkk

k

Gaya gesek pada peristiwa menarik lebih kecil dibandingkan dengan pada kasus mendorong, sehingga akan lebih mudah menarik dibandingkan dengan mendorong

Kasus (PR)

1. Seorang pasien dengan massa 60 kg, sebelah kakinya cedera kaki, sehingga ia berdiri dibantu oleh dua tongkat yang membentuk sudut 220 terhadap garis vertikal. Setengah badannya ditopang oleh tongkat dan setengah lainnya oleh salah satu kakinya. Jika ia bergerak dengan kecepatan konstan, berapakah :a. Berapakah gaya pada masing-masing

tongkat.

b. Berapakah koefisien gesekan antara tongkat dengan lantai.