Gaya

213 Bab 8 Gaya dan Tekanan 213

Gaya dan TekananBAB 8

A. GayaB. Gerak DipercepatC. Aksi dan ReaksiD. Tekanan

Sumber: http://www.k53.pbase.com

214 IPA SMP Kelas VIII

Peta KonsepPe

ta K

onse

p G

aya

dan

Teka

nan

gaya

bentu

k

dije

lask

an d

enga

n

Huku

m Ne

wton

dapa

t men

guba

h m

enim

bulk

an

tekan

an

gera

k

mel

iput

i

Huku

m I

Newt

on

Huku

m II

Newt

on

Huku

m III

Newt

on

zat

zat c

airza

t gas

dapa

t ter

jadi

fluida

prins

ip

Arch

imed

terg

olon

g

ada

prins

ip P

asca

l

di

ruan

g ter

tutup

huku

mBo

yle

berl

aku

beru

pa

tarika

n atau

doro

ngan

sentu

h tak

sentu

h

ada

yang

pa

dat

men

giku

ti

men

giku

ti

pada


Peta Konsep

Huk

um N

ewto

n

Huku

m Ke

dua N

ewton

meli

puti

Bend

a diam

tet

ap di

am

Men

jelas

kan

kaita

n

Huku

m Ke

lemba

man

men

yata

kan

bila

tidak

ada

gay

a lua

r

Huku

m Pe

rtama

New

ton

Huku

m Ke

tiga N

ewton

diseb

ut ju

ga

diseb

ut ju

ga

Bend

a yan

g be

r-GLB

tetap

be

r-GLB

Gaya

Rea

ksi

Sama

Bes

ar

deng

an G

ayaA

ksi

Huku

m Ak

si-Re

aksi

men

yata

kan

Gaya

(F

) Ma

ssa

(m)

perce

patan

(a

)

deng

anhu

bung

an

mFa

Gaya

Rea

ksi

Berla

wana

n Ara

h de

ngan

Gay

aAks

i

Peta

Kon

sep

Huk

um N

ewto

n


Amatilah gerak benda-benda di sekitarmu; dedaunan yang melambai-lambai, lalu lalangkendaraan di jalan raya atau seorang anak yang berlari-lari. Renungkan, bagaimana benda-benda itu dapat bergerak? Apa yang menyebabkan benda dapat bergerak? Apa yang kamurasakan bila kamu menyelam? Kamu akan menemukan jawabannya setelah mempelajaribab ini, yang mendiskusikan tentang gaya dan tekanan. Kamu akan mengawali kegiatanmudengan menyelidiki keterkaitan penting antara gerak dan gaya, yang dapat menjelaskanbanyak pengamatan yang kamu jumpai sehari-hari. Lakukan Kegiatan Penyelidikan di bawahini untuk mengeksplorasi gaya dan akibatnya terhadap gerak benda.

1. Letakkan sebuah pensil atau pulpenberbentuk silinder di atas sehelaikertas.

2. Peganglah ujung kertas itu.3. Tariklah dengan cepat kertas itu

dengan arah horizontal. Apa yangterjadi pada pensil atau pulpenmu?

4. Lakukan lagi kegiatan di atasberulang-ulang, dengan tarikankertas sangat lambat, lambat, agakcepat, dan cepat.

5. Ulangi kegiatan di atas untuk benda-benda lain yang diletakkan di ataskertas.

6. Catatlah hasil pengamatanmu.

Gaya danTekanan

BAB8

Menemukan kaitan Gerak dan Gaya

Kegiatan Penyelidikan

Dalam Jurnal IPAmu, jelaskanmengapa pensil, pulpen, atau benda-benda lain tersebut berkelakuanseperti yang kamu amati!


Apakah Gaya Itu?Doronglah daun pintu sehingga terbuka. Tariklah

sebuah pita karet. Tekanlah segumpal tanah liat. Angkatlahbukumu. Pada setiap kegiatan itu kamu mengerahkansebuah gaya. Gaya adalah suatu tarikan atau dorongan yangdikerahkan sebuah benda terhadap benda lain. Kadang-kadang, akibat suatu gaya tampak demikian jelas, sepertisaat sebuah mobil sedang melaju dan menabrak sebatangpohon. Akan tetapi, akibat gaya-gaya lain tidak sejelaspohon yang ditabrak itu. Dapatkah kamu merasakan gayadari lantai yang bekerja pada kakimu?

Catatlah semua gaya yang mungkin kamu lakukan ataualami pada suatu hari tertentu. Bayangkan tindakan-tindakan seperti mendorong, menarik, merenggangkan,meremas, membengkokkan, dan menjatuhkan benda. Padasaat itu kamu mengerahkan gaya kepada benda tersebut.

Bagaimana kamu dapat mengukur besar gaya? Besargaya diukur dengan neraca pegas, seperti ditunjukkan padaGambar 8.1. Gaya diukur dalam satuan newton (N).

Gaya Sentuh dan Gaya Tak SentuhPada saat kamu mendorong meja, kamu harus

menyentuh meja itu untuk mengerahkan gaya kepada mejaitu. Demikian pula jika kamu hendak melontarkan batudengan menggunakan ketapel. Gaya otot pada saat kamumendorong meja dan gaya pegas pada saat kamumelontarkan batu dengan ketapel termasuk gaya sentuh.Disebut gaya sentuh karena sebuah benda yang memberikangaya harus menyentuh benda lain yang dikenai gayatersebut. Contoh lain gaya sentuh adalah gaya gesekan, yangakan kita bahas nanti.

Jika kamu melepaskan kapur dari ketinggian tertentu,maka kapur itu akan jatuh ke bawah, ditarik oleh gayagravitasi Bumi. Gaya gravitasi termasuk gaya tak sentuh,karena tanpa harus melalui sentuhan kapur dan Bumi. Gayalistrik dan gaya magnet adalah contoh lain gaya tak sentuh.

Gambar 8.1Neraca pegas.

Sumber: Dok. Penulis

Gaya A

Kata-kata IPAGaya

Gaya-gaya setimbangGaya resultanKelembaman

Hukum I NewtonGesekan


Akibat Gaya terhadap BendaApa yang terjadi pada sebuah benda saat gaya

dikenakan pada benda tersebut? Apabila sebuah bendasedang bergerak, apakah gaya tersebut mengubah kecepatanbenda itu? Perhatikan anak yang baru saja menendang bolaseperti ditunjukkan pada Gambar 8.2. Kecepatan bolatersebut tentunya berubah begitu benturan terjadi. Jadi gayadapat mengubah kecepatan benda.

Perhatikan plastisin yang ditekan padaGambar 8.3. Pada saat menekan plastisin,tangan itu memberikan gaya kepada plastisinitu. Bagaimana bentuk plastisin setelahditekan? Ternyata gaya juga dapatmenyebabkan bentuk benda berubah.

Gaya-gaya SetimbangGaya-gaya tidak selalu mengubah kecepatan. Gambar

8.4 memperlihatkan pertandingan tarik tambang. Kedua timtersebut sama-sama mengerahkan gaya dengan arahberlawanan. Bila kedua tim tersebut tidak bergerak, makagaya yang dilakukan kedua tim pada tali tersebut samabesar. Gaya yang menarik tali ke kiri diimbangi dengan gayayang menarik tali ke kanan. Gaya-gaya yang besarnya samadan arahnya berlawanan yang bekerja pada sebuah bendadisebut gaya-gaya setimbang.Gambar 8.2

Gaya yang dikerahkan kaki Danangpada bola membuat kecepatan bolaitu berubah.

Gambar 8.3Gaya dapat mengubah bentuk benda.

Sumber: Dok. Penulis.



Gaya-gaya Tak setimbangPernahkah kamu menarik sebuah gerobak yang

bermuatan? Untuk membuat gerobak bergerak, kamu harusmenarik gerobak tersebut. Jika gaya yang kamu kerahkantidak cukup besar, kamu mungkin meminta bantuantemanmu. Temanmu mungkin akan menarik gerobak itubersamamu atau mendorongnya dari belakang. Dua gayatersebut, yaitu gaya dari kamu dan temanmu akan bekerjapada arah yang sama. Jika dua gaya bekerja pada arah yangsama, maka kedua gaya itu dijumlahkan, seperti ditunjukkanpada Gambar 8.5a. Gaya total atau gaya resultan padagerobak tersebut sama dengan jumlah kedua gaya itu. Jika

Gambar 8.5Dua gaya dapat bergabungsehingga dua gaya itu dapatdijumlahkan (a), menjadi setimbang(b), atau dikurangkan (c).

Gambar 8.4Dalam permainan tarik tambang,kedua tim mengerahkan gaya.Mengapa tambang itu tidakbergerak?Sumber: Dok. Penulis.

+

+

+

=

=

= 0

(a)

(c)

(b)


gaya total pada suatu benda menuju ke arah tertentu, gayatersebut disebut gaya-gaya tak setimbang. Gaya-gaya taksetimbang selalu mengubah kecepatan sebuah benda.

Apabila temanmu mendorong gerobak dengan arahyang berlawanan dengan arah gaya dorongmu, gaya-gayaitu digabung dengan cara yang berbeda. Jika dua gayaberlawanan arah, maka gaya total kedua gaya tersebutmerupakan selisih kedua gaya. Jika satu gaya lebih besardaripada gaya yang lain, gerobak itu akan bergerak ke arahgaya yang lebih besar (Gambar 8.5c). Dalam hal ini temanmujelas tidak membantu kamu. Menurut pendapatmu apa yangterjadi jika gaya dorongmu dan gaya dorong temanmu samadan berlawanan arah, seperti Gambar 8.5b?

Jadi seperti ditunjukkan Gambar 8.5, gaya dapatdigambarkan sebagai anak panah. Panjang anak panahmenunjukkan besar gaya, dan arah anak panahmenunjukkan arah gaya. Dengan menggunakan anak panahini kamu dapat menyatakan berapa besar hasil gabungangaya-gaya itu dan ke mana arahnya.

Kelembaman dan MassaAndaikan kamu sedang duduk di dalam sebuah mobil

yang melaju kencang. Apa yang terjadi padamu saat mobiltersebut tiba-tiba direm? Kamu akan terdorong ke depan.Terdorongnya badanmu itu memperlihatkan contoh sifatkelembaman. Kelembaman (inersia) adalah kecenderungansetiap benda melawan tiap perubahan dalam geraknya.Dengan kata lain kelembaman adalah kecenderungansebuah benda untuk mempertahankan geraknya. Kamudapat membayangkan hal ini sebagai sifat “malas” sebuahbenda. Jika sebuah benda sedang bergerak, benda itu akanterus bergerak dengan kelajuan dan arah yang sama kecualiada gaya-gaya tak setimbang yang bekerja pada benda itu.Dengan kata lain kecepatan benda tersebut tetap, kecualiada suatu gaya mengubah kecepatan benda itu. Jika sebuahbenda diam, benda tersebut cenderung tetap diam.Kecepatannya tetap nol kecuali ada gaya yang menyebabkanbenda itu bergerak. Dapatkah kamu meramalkan apa yangterjadi dengan buku di pangkuan anak pada Gambar 8.6seandainya kursi roda yang meluncur tiba-tiba berhenti?

Gambar 8.6Dapatkah kamu memprediksi, apa yangterjadi dengan buku di pangkuan anak iniseandainya kursi roda tersebut tiba-tibaberhenti?



Apakah sebuah bola besi tolak peluru memilikikelembaman yang sama dengan kelembaman kelereng?Tentu saja kelembamannya berbeda, karena kamu lebihmudah menggerakkan kelereng dibanding bola besi tolakpeluru. Semakin besar massa sebuah benda, kelem-bamannya juga semakin besar. Ingatlah kembali bahwamassa adalah jumlah materi dalam sebuah benda, dan bolabesi tolak peluru tentunya mengandung materi lebih banyakdaripada sebuah kelereng. Jadi bola besi tolak peluru itumemiliki kelembaman lebih besar daripada kelembamankelereng. Oleh karena bola besi tolak peluru memilikikelembaman lebih besar, maka lebih banyak gaya yangdiperlukan untuk mengubah kecepatannya.

Hukum Pertama NewtonKamu telah mempelajari bahwa setiap benda memiliki

kelembaman, dan gaya dapat mengubah gerak benda. SirIsaac Newton (lihat Gambar 8.7) merumuskan hukum-hukum yang mengatur keterkaitan gaya dengan gerak. Adatiga hukum Newton tentang gerak. Kita akan bahas dahuluhukum pertama Newton.

Hukum pertama Newton tentang gerak menyatakanbahwa sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan tetap akanterus bergerak dengan kecepatan tersebut kecuali ada gaya resultanbekerja pada benda itu. Jika sebuah benda dalam keadaan diam, bendatersebut tetap diam kecuali ada gaya resultan yang bekerja pada bendaitu.

Perhatikan, hukum ini sama dengan peristiwakelembaman. Jadi, kamu akan dapat memahami mengapahukum ini kadang-kadang disebut hukum kelembaman. Apakamu lakukan dan amati dalam Kegiatan Penyelidikan salahsatunya memperlihatkan berlakunya hukum kelembamanini. Demikian juga halnya dengan peristiwa pada Gambar8.6. Untuk lebih meyakinkan kamu tentang berlakunyahukum ini dalam kehidupan sehari-hari, perhatikan Gambar8.8. Selanjutnya bacalah dengan cermat “Sabuk Pengaman”untuk mendapatkan penjelasan bagaimanakah caramencegah bahaya yang ditimbulkan oleh kelembamantubuhmu.

Gambar 8.7Sir Isaac Newton (1642-1727), ilmuwanyang tekun dan jenius dari Inggris,merumuskan tiga hukum tentang gerak.Hukum ini selanjutnya dikenal sebagaiHukum Newton tentang gerak.

http://www.imechanica.org.


(b) Gerobak menabrak penghalang, dan berhenti. Sementara itu, jerigen-jerigen kecil itu terusbergerak ke depan walaupun tidak ada yang mendorongnya. Kelembaman jerigen-jerigen itumembuatnya bergerak ke depan. Jerigen-jerigen itu juga mulai jatuh ke bawah karena gayagravitasi menariknya ke bawah.

(c) Akhirnya jerigen-jerigen kecil itu diamtergeletak di tanah.

(a) Orang itu mendorong gerobak dengankecepatan tetap. Jerigen-jerigen itu jugabergerak dengan kecepatan tetap. Tidak adagaya total yang bekerja pada gerobak maupunpada jerigen tersebut.

Gambar 8.8Kamu dapat mengamati berbagai contohhukum pertama Newton beraksi dalamkehidupan sehari-hari.



Sabuk Pengaman

Apakah kamu selalu menggunakan sabuk pengaman pada saat mengendaraimobil? Atau, pernahkah kamu melihat atau mendengar anjuran menggunakan sabukpengaman pada saat mengendarai mobil? Mengapa orang yang mengendarai mobilperlu menggunakan sabuk pengaman?

Melalui berbagai eksperimen, para ilmuwan mengetahui bahwa luka parah dankematian pada penumpang akibat kecelakaan mobil dapat dicegah. Caranya adalahdengan menggunakan sabuk pengaman yang menyilang pada bahu, dada, danpangkuan penumpang.

Apa yang terjadi dalam sebuah tabrakan? Apabila sebuah mobil yang melajudengan kecepatan sekitar 50 km/jam menabrak benda besar yang padat, mobiltersebut akan ringsek dan berhenti mendadak dalam waktu sekitar 0,1 s. Karenakelembamannya, penumpang yang tidak memakai sabuk pengaman akan terusbergerak maju dengan kecepatan 50 km/jam, sama dengan kecepatan mobil tersebut.Kecepatan ini kurang lebih sama dengan kecepatan penumpang itu apabila jatuhdari lantai tiga sebuah gedung! Dalam waktu sekitar 0,02 s setelah mobil berhenti,penumpang itu akan membentur dashboard, kemudi, atau bagian belakang kursi didepannya.


Penerapan

Penumpang yangmengenakan sabuk pengamanseperti gambar di samping iniakan tetap tertahan di kursi.Penumpang itu akan melambatseiring dengan melambatnyamobil. Gaya yang diperlukanuntuk mem-perlambatseseorang dari 50 km/ jammenjadi nol dalam waktu 0,1 ssama dengan 14 kali beratnya.

Sabuk pengaman itu“memberi” sedikit waktutambahan untuk me-lambat bagipenumpang itu, pada saat sabuksedikit meregang menahan or-ang tersebut. Disamping itu,sabuk tersebut jugamenyebarkan gaya, sehinggagaya itu tidak memusat hanyapada satu bagian tubuh orangtersebut.


GesekanKamu baru saja mempelajari bahwa

kelembaman menyebabkan sebuah bendayang bergerak dengan kecepatan tetap akantetap bergerak pada kecepatan tersebut,kecuali ada gaya-gaya tak setimbang yangbekerja padanya. Akan tetapi, sepertiditunjukkan Gambar 8.9, jika kamumeluncurkan sebuah buku di atas meja,

gerak buku semakin lama semakin pelan, dan akhirnyaberhenti. Mengapa buku itu berhenti?

Sebuah gaya tak terlihat bekerja antara buku dan mejatersebut. Gaya itu adalah gesekan. Gesekan adalah gaya yangmelawan gerakan antara dua permukaan yang salingbersentuhan. Gesekan itulah yang menyebabkan gerakanbuku itu menjadi semakin lambat dan akhirnya berhenti.Menurut pendapatmu, gesekan manakah yang lebih besar:antara jalan basah dengan sepatumu ataukah antara jalankering dengan sepatumu? Besar gesekan bergantung padadua faktor, yaitu tingkat kekasaran kedua permukaan dangaya yang menekan terhadap kedua permukaan yangbergesekan itu. Perhatikan permukaan dua benda yangbergesekan pada Gambar 8.10. Lakukan kegiatan dalam LabMini 6.1 untuk menyelidiki pengaruh kekasaran permukaanterhadap mudahnya benda bergerak.

Gambar 8.10Dua permukaan yang bersentuhan ketikadi-perbesar, tampak amat tidak teratur dankasar. Besar kecilnya gesekan yangtimbul pada kedua permukaan inidipengaruhi oleh kekasaran permukaantersebut.


Gambar 8.9Buku yang diluncurkan di atas meja akhir-nya berhenti. Mengapa hal ini terjadi?



Gesekan Statis dan Gesekan KinetisTentunya kamu pernah melihat orang yang sedang

mendorong atau menarik sesuatu benda yang berat di ataslantai kasar. Untuk membuat benda itu mulai bergerak,orang itu mengerahkan gaya yang besar. Namun ketikabenda sudah bergerak, orang itu lebih santai dan hanyamengerahkan gaya yang tidak sebesar gaya sebelumnyauntuk membuat benda tetap bergerak.

Gambaran di atas mirip dengan apa yang kamu lakukandalam Lab Mini 8.2, diperlihatkan pada Gambar 8.11.Ketika kamu mengerahkan gaya yang relatif kecil padabalok, balok itu belum bergerak. Hal ini karena terdapatgaya gesekan antara permukaan balok dengan meja. Gayagesekan ini besarnya sama dengan gaya yang kamukerahkan, sehingga membentuk gaya-gaya setimbang danbenda diam. Gaya gesek yang terjadi pada saat benda masihdiam disebut gaya gesek statis. Bila gaya yang kamu

Lab Mini 8.1

Menganalisis Data GesekanPapan luncur di tempat bermain anak-anak tidak menyenangkan apabilagesekan antara papan dengan anak yangterlalu besar. Apa yang mempengaruhibesarnya gesekan itu?

Langkah-langkah1. Gunakan karton tebal dan kamu tahan

salah satu sisinya agar membentukbidang miring.

2. Aturlah kemiringan bidang miring itusedemikian rupa sehingga uang logamseratusan dapat meluncur turun sampaidi bawah.

3. Lekatkan bahan dengan jenispermukaan yang berbeda (misalnyakertas folio, kertas koran, dan kertasmanila) pada bidang miringmu. Temukansudut kemiringan tiap jenis permukaanuntuk membuat uang logam tersebutmeluncur ke bawah. Ukur sudutkemiringan tersebut dengan busur

derajat seperti ditunjukkan padagambar di atas. Catat datamu padasebuah tabel data.

Analisis1. Di antara tiga jenis permukaan tersebut,

permukaan manakah yang memerlukansudut paling kecil bagi logam itu untukmeluncur ke bawah? Apa perbedaanpermukaan itu dengan permukaan lain?

2. Bagaimanakah kamu dapat mengubahpermukaan itu, agar sudut kemiringanuntuk menggerakkan uang logamtersebut lebih kecil?

Sumber: McLaughin & Thonson, 1997.


kerahkan pada balok semakin besar, maka gaya gesekstatisnya juga semakin besar, sampai dengan benda tepat akanbergerak. Pada saat ini gaya geseknya terbesar, disebut gayagesek statis maksimum. Bila kamu memperbesar gayatarikmu pada balok, maka gaya yang kamu kerahkanmelebihi gaya gesek statis maksimum dan benda menjadibergerak.

Pada saat kamu menarik balok dengan kecepatan tetap,sesuai hukum pertama Newton resultan gaya yang bekerjapada balok sama dengan nol. Hal ini berarti gaya yang kamukerahkan tersebut disetimbangkan oleh gaya gesek antarapermukaan balok dengan meja. Gaya gesek yang terjadipada saat benda bergerak disebut gaya gesek kinetis. Sesuaidengan hasil pengukuran yang kamu lakukan dalam LabMini 8.2, besar gaya gesek kinetis lebih kecil daripada gayagesek statis maksimum.

Gambar 8.11Balok yang terletak di atas permukaan kasar ditarik dengan gaya F.


Ffs

Ffs

Ffs max

FFk

(a) Saat gaya kecil Fdikerahkan, timbul gayagesek statis (fs) antarapermukaan balokdengan lantai.

(b) Bila gaya F diperbesar,gaya gesek statis (fs)juga semakin besar.

(c) Pada saat balok tepatakan bergerak, gayagesek statisnyamaksimum (fs max).

(d) Bila balok bergerak,maka gesekan yangterjadi adalah gayagesek kinetis (fk)


Hidup Tanpa Gesekan?Gesekan tidak selalu merugikan. Jika tidak ada gesekan,

hidupmu menjadi sangat berbeda. Kamu tidak akan dapatberjalan atau bahkan menggenggam suatu benda. Gesekanantara sol sepatumu dengan lantai memungkinkan kamuberjalan. Kamu dapat menggenggam sebuah benda denganjari-jarimu karena ada gesekan. Temukan contoh gayagesekan yang lain dalam kehidupan sehari-hari.

Pada saat kamu menyelesaikan subbab ini, kamuseharusnya lebih menyadari bahwa gaya dan gerakmerupakan bagian dari segala sesuatu yang kamu lakukandan yang terjadi di sekitarmu.

Gesekan Statis dan Kinetis

Prosedur1. Letakkan balok berpengait di atas meja. Kaitkan neraca pegas pada balok tersebut.2. Tariklah balok tersebut, dengan gaya makin lama semakin besar. Perhatikan besar

gaya yang kamu kerahkan pada neraca pegas. Perbesar terus gaya tarikmu, hinggabalok tepat akan bergerak. Ukurlah gaya yang kamu perlukan untuk menarik balokpada saat itu.

3. Tariklah balok tersebut, sehingga balok bergerak dengan kecepatan tetap. Ukurlahgaya yang kamu perlukan untuk menarik balok pada saat itu.

AnalisisApa yang menyebabkan balok tersebut belum bergerak, walaupun kamu mengerahkangaya padanya? Bandingkan penunjukan gaya pada neraca pegas, saat balok tepatakan bergerak dan saat balok bergerak dengan kecepatan tetap.

Lab Mini 8.2

Kelembaman memegang peran pentingdalam berbagai olah raga. Dalam JurnalSainsmu, tulislah sebuah karangan yangmenggambar-kan peran kelembaman dalamolah raga kesukaanmu.


Intisari Subbab

1. Jelaskan, manakah yang memiliki kelembaman lebih besar, mobil sedanyang melaju cepat ataukah truk yang sedang parkir.

2. Kamu tentunya pernah melihat orang melumasi bagian-bagian tertentu sepedanya.Mengapa mereka melakukan hal itu?

3. Berpikir kritis: Pikirkan dan kemudian jelaskan 3 contoh olah raga yang memanfaatkangaya untuk mengubah kecepatan sebuah benda atau seseorang.

Bina KeterampilanMengenal Sebab AkibatJelaskan apa yang terjadi pada tubuhmu ditinjau dari kelembaman, gesekan,

dan gaya pada saat kamu terpeleset dan jatuh di atas tanah yang licin.


(a) (b)

Kata-kata IPAHukum kedua Newton

tentang gerakPercepatan gravitasi

Hambatan udara

Gambar 8.12(a) Percepatan yang terjadi pada mobil-mobilan bergantung pada besar gaya yang dikerahkan

anak tersebut.(b) Agar mobil-mobilan yang bermuatan itu dapat bergerak dengan percepatan sama, anak

tersebut harus menariknya dengan gaya yang lebih besar.

Hukum Kedua Newton tentangGerak

Pernahkan kamu menarik mobil-mobilanmu?Perhatikan Gambar 8.12. Jika kamu tarik, mobil mainanmumulai bergerak. Semakin kuat kamu menariknya, semakincepat mobil itu bergerak. Jadi semakin besar gaya yangdikerahkan, semakin besar pula percepatannya. Jika mobil-mobilanmu kamu beri beban, kamu harus menarik lebihkuat untuk membuatnya bergerak. Gaya lebih besar jugadiperlukan untuk mempercepat mobil-mobilanmu yangtelah kamu beri beban tersebut.

Jadi gaya yang dikerahkan pada sebuah benda sehinggabenda tersebut mengalami percepatan sebanding denganmassa benda dan percepatan benda itu. Secara matematispernyataan tersebut dapat ditulis:

Gaya = massa percepatan

atau

F = m a

Persamaan ini dikenal dengan hukum kedua Newtontentang gerak.


BGerak Dipercepat


Bila massa bersatuan kilogram (kg) dan percepatanbersatuan m/s2, maka gaya bersatuan kg m/s2. Perhatikan,satuan kg m/s2 disebut juga newton (N). Satu newton samadengan gaya yang diperlukan untuk mempercepat bendabermassa 1 kg dengan percepatan 1 m/s2. Dengan kata lain1 N = 1 kg 1 m/s2.

Perhatikan pemain tenis meja pada Gambar 8.13. Pemainitu memanfaatkan sebuah raket untuk menghasilkanpercepatan pada bola tenis meja tersebut. Pengaruh apa yangakan diperoleh terhadap percepatan bola, jika pemaintersebut menggunakan bola tenis yang lebih berat (misalnyabola tenis lapangan)? Apa yang harus dilakukan pemain ituagar bola tenis mejanya memiliki percepatan besar saatdipukul?

Gaya yang bekerja pada sebuah benda menyebabkanbenda tersebut dipercepat dalam arah yang sama denganarah gaya itu. Percepatan itu ditentukan oleh besar gaya danmassa benda tersebut. Gaya lebih besar yang bekerja padasuatu benda menyebabkan percepatan yang lebih besar.Benda bermassa lebih besar memerlukan gaya yang lebihbesar daripada benda yang bermassa lebih kecil untukmencapai percepatan yang sama. Berarti sekarangseharusnya kamu dapat menjawab pertanyaan Gambar 8.13.

Dapatkah kamu menjelaskan dengan hukum keduaNewton, mengapa mobil kecil mengkonsumsi lebih sedikitbensin untuk menempuh jarak yang sama dengan yangditempuh mobil besar? Perhatikan contoh soal berikut agardapat menerapkan hukum keduaNewton dalam kehidupansehari-hari.

Gambar 8.13Apa yang dapat dilakukan pemain tenismeja tersebut agar mendapatkanpercepatan yang besar pada bolanya?



Penggunaan Matematika

Menghitung GayaSoal ContohSeseorang mendorong meja 250 kg dengan gaya 75 N. Berapakahpercepatan meja tersebut?Langkah-langkah Penyelesaian:1. Apa yang diketahui?

massa meja, m = 250 kggaya, F = 75 N

2. Apa yang tak diketahui?percepatan, a

3. Pilih persamaannya, F = m x a4. Penyelesaian:

F = m x a, maka a = = = 0,3 m/s2

Soal ContohBerapakah besar gaya yang diperlukan untuk mempercepat sepedamotor bermassa 200 kg dan pengendara bermassa 70 kg sebesar4 m/s2?Langkah-langkah Penyelesaian:1. Apa yang diketahui?

massa pengendara, mp = 70 kgmassa sepeda motor, ms = 200 kgpercepatan, a = 4 m/s2

2. Apa yang tak diketahui?gaya yang diperlukan, F

3. Pilih persamaannya, F = ma4. Penyelesaian:

Massa total, m , adalah70 kg + 200 kg = 270 kg

F = 270 kg x 4 m/s2

= 1080 kg m/s2 = 1080 N Diperlukan gaya sebesar 1080 N

Soal Latihan1. Diperlukan gaya 3000 N untuk mempercepat sebuah mobil kosong

bermassa 1000 kg pada percepatan 3 m/s2. Jika seorang pegulatbermassa 160 kg berada di dalam mobil tersebut, berapakahgaya yang diperlukan untuk menghasilkan percepatan yang sama?

2. Seorang anak menarik sebuah mobil-mobilan bermassa 2,5 kgdengan gaya 4 N. Berapakah percepatan mobil-mobilan itu?

Fm

75250

Sumber: http:www//triatmono.worldpress.com.


Benda JatuhSulit dipercaya, jika kamu menjatuhkan bola besi tolak

peluru dan kelereng dari atas jembatan secara serentak,kedua benda tersebut akan tercebur ke dalam air pada saathampir bersamaan. Hal ini berarti percepatan gerak keduabenda tersebut juga hampir sama. Apakah kamu mendugabola besi tolak peluru menghantam air lebih dulu, karenamemiliki massa lebih besar? Memang benar bahwa gayagravitasi pada bola boling lebih besar, karena massanyalebih besar. Namun massa yang lebih besar membuatkelembaman bola boling tersebut menjadi lebih besar pula,sehingga lebih banyak gaya diperlukan untuk mengubahkecepatannya. Kelereng memiliki massa jauh lebih kecildaripada bola boling, namun kelembamannya juga jauhlebih kecil. Gambar 8.14 memperlihatkan foto gerak jatuhdua bola. Bola besar memiliki massa lebih besar daripadabola kecil, namun dapat kamu lihat kedua bola tersebut jatuhdengan kecepatan yang sama.

Percepatan oleh GravitasiDi dekat permukaan Bumi, gravitasi menyebabkan

semua benda jatuh dipercepat sebesar 9,8 m/s2,. Jikademikian, berapakah gaya gravitasi yang bekerja padabenda itu? Gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah bendadisebut juga berat benda itu. Sesuai dengan hukum keduaNewton, gaya dapat dihitung dengan menggunakanpersamaan:

F = m a.

Berat suatu benda, w, adalah gaya gravitasi F yangbekerja pada massa benda tersebut. Oleh karena itu, kitadapat mengganti F dengan w dan menuliskan

w = m a.Di permukaan bumi, percepatan oleh gravitasi adalah

9,8 m/s2, sehingga:

w = m 9,8 m/s2.

Berarti benda dengan massa 1 kg, beratnya dipermukaan bumi 9,8 kg m/s2 atau 9,8 N. Kamu dapatmenghitung beratmu dalam newton jika kamu mengtahuimassa tubuhmu. Sebagai contoh, jika massa tubuhmu 50 kg,maka berat badanmu 490 N.

Gambar 8.14Seperti ditunjukkan foto ini, percepatansebuah benda jatuh tidak dipengaruhi olehmassa benda itu. Apa pengaruhkelembaman terhadap benda jatuh?

Sumber: Awater et al., 1998.


Ingatlah bahwa pembahasan ini hanya berlakuuntuk benda jatuh bebas, yakni benda yangdilepaskan dari ketinggian tertentu dan hanyadipengaruhi oleh gaya gravitasi. Pada saatdilepaskan kecepatan benda tersebut sama dengannol. Jika benda dilempar ke bawah, benda tersebutdipengaruhi oleh gravitasi dan gaya ke bawah dariayunan tangan. Oleh karena itu pada saat benda tersebutdilempar ke bawah, percepatan ke bawah benda itu lebihbesar daripada 9,8 m/s2.

Hambatan UdaraPercepatan gravitasi (g) adalah sama untuk semua

benda, tidak memandang berapapun besar massanya. Iniberarti jika tidak ada gaya lain selain gaya gravitasi,percepatan semua benda adalah 9,8 m/s2.Pikirkan hal ini beberapa saat . Apakahsehelai daun jatuh secepat buahnya? Apakahkertas jatuh secepat kapur?

Perhatikan Gambar 8.15. Apa yangterjadi jika dua lembar kertas yang sama,salah satunya diremas menjadi bola kertas,kemudian keduanya dijatuhkan secarabersamaan? Jika jawabanmu bahwa bolakertas tersebut sampai di tanah lebih dulu,kamu benar. Namun kenyataan ini tidaksesuai dengan apa baru saja kamu pelajari.Bagaimanakah ketidak-cocokan ini dapatdijelaskan?

Satu-satunya penjelasan untukkenyataan ini adalah adanya gaya yangbekerja selain gravitasi. Semua benda yangbergerak dalam atmosfer Bumi dipengaruhioleh hambatan udara. Hambatan udaraadalah gaya yang diberikan udara kepadasuatu benda bergerak. Gaya ini berlawanandengan gerak benda tersebut.

Pada sebuah benda jatuh, hambatanudara mendorong ke atas ketika gravitasi menarik bendatersebut ke bawah. Besar hambatan udara bergantung pada

Gambar 8.15Gravitasi dan hambatan udara, dua gayatersebut bekerja pada kertas, tidakkelihatan. Bagaimanakah kita mengetahuibahwa gaya-gaya ini ada?

Sumber: cf. McLaughin & Thonson, 1997.


kelajuan, ukuran, bentuk, dankerapatan benda. Hambatan udara inimembuat parasut pada Gambar 8.16bergerak ke bawah cukup pelansehingga orang tersebut dapatmendarat dengan selamat.

Gambar 8.16Hambatan udara yang bekerja pada parasutmemungkinkan parasut itu bergerak cukup pelansehingga penerjun dapat mendarat dengan selamat.

1. Berapakah gaya gravitasi yang bekerja pada buah kelapa bermassa 5kg yang jatuh dengan percepatan 9,8 m/s2?

2. Bola sepak massanya lebih besar daripada bola kasti. Gunakan hukum kedua Newtonuntuk menjelaskan mengapa pemain bola tidak dapat melemparkan bola sepak sejauhbola kasti.

3. Berpikir kritis: Gunakan apa yang telah kamu pelajari tentang benda jatuh dan hambatanudara untuk menjelaskan mengapa seorang penerjun payung dapat mendarat denganselamat.

Gunakan timbangan untuk menimbang massa balon kosong dan balon berisiudara. Jatuhkan kedua balon tersebut bersamaan dari ketinggian yang sama. Apakahpersamaan dan perbedaan kelajuan jatuh kedua balon tersebut?

Sumber: http://www.resimcity.com.

Intisari Subbab

Bina KeterampilanMenemukan Persamaan dan Perbedaan

Penggunaan Matematika

Hambatan udara

gravitasi

Sebuah benda dijatuhkan dari puncak menara. Berapakah kecepatan-nya pada saat akhir detik ke-2? Pada akhir detik ke-5? Sesaat sebelum menyentuhtanah setelah akhir detik ke-12?

(Gunakan persamaan kecepatan pada gerak lurus berubah beraturan)


Hukum Ketiga Newton tentangGerak

Doronglah tembok kelas dengan kedua tanganmu. Apayang kamu rasakan? Kamu akan merasakan terdorong kebelakang. Semakin kuat kamu mendorongnya, semakin kuatpula kamu merasa terdorong ke belakang. Kakimu ataubadanmu akan bergeser ke belakang. Jadi bila kamumemberikan gaya aksi pada sebuah tembok, pada saat yangsama tembok tersebut memberikan gaya reaksi kepadamu,seperti ditunjukkan pada Gambar 8.17.

Hukum ketiga Newton tentang gerak menyatakanhubungan gaya aksi-reaksi tersebut, seperti ini: Apabila suatubenda mengerahkan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebutmengerahkan gaya pada benda pertama sama besar dan berlawananarahnya. Dalam bahasa yang lebih sederhana dapat dikatakan“Untuk setiap gaya aksi, terdapat suatu gaya reaksi yang besarnyasama dan arahnya berlawanan.” Dengan kata lain setiap gayapasti memiliki pasangan yang besarnya sama dan arahnyaberlawanan. Pasangan gaya ini disebut pasangan aksi-reaksi.

Pasangan Aksi-ReaksiMarilah kita bahas contoh lain tentang pasangan aksi-

reaksi tersebut. Perhatikan Gambar 8.18. Seorang anaksedang melompat dari skate board. Pada saat anak itumelompat ke depan, skate board meluncur ke belakang.Mengapa hal ini terjadi? Pada saat anak itu melompat, skateboard mengerahkan gaya pada kakinya, mendorong anak itubergerak ke depan. Bersamaan dengan itu, kakinyamengerahkan gaya yang sama besar dan berlawanan arah kepadaskate board, sehingga skate board itu bergerak ke belakang.

Gambar 8.17Saat orang ini mendorong tembok,tembok tersebut mendorong balikdengan gaya yang sama besar.


Aksi dan Reaksi C

Kata-kata IPAHukum ketiga Newton

tentang gerakGaya aksi

Gaya reaksi


Gaya-gaya yang Bekerja pada Benda yangBerbeda

Hukum ketiga Newton dapat digunakan untukmenjelaskan mengapa perenang pada Gambar 8.19 dapatbergerak melintasi air tersebut. Dengan ayunan lengannya,perenang itu mengerahkan suatu gaya pada air. Air tersebutmendorong balik perenang itu dengan gaya yang sama danarah berlawanan. Namun, jika gaya itu sama, bagaimanaperenang itu dapat bergerak maju? Hal ini dapat terjadikarena gaya-gaya itu bekerja pada benda yang berbeda. Gaya“aksi” bekerja pada air; gaya “reaksi” bekerja pada perenang.Perenang tersebut yang massanya jauh lebih kecil daripadamassa sekolam air, mengalami percepatan lebih besardaripada percepatan air tersebut.

Gambar 8.19Ketika tangan dan kaki perenangmendorong air, air tersebut mendorongpe-renang itu, membuatnya bergerak kedepan.

Gambar 8.18Pada saat anak itu melompat ke depandari skate board, ternyata skate boardbergerak ke belakang. Sumber: Dok. Penulis.

Sumber: www.wikimu.com/News.


Gambar 8.21“Gaya aksi” dari gas yang mengembangmendorong roket ke atas. “Gaya reaksi”

roket mendorong keluar gas itu.

Hal penting yang perlu diingat pada saatberhubungan dengan hukum ketiga Newtonadalah bahwa gaya aksi-reaksi bekerja padabenda yang berbeda. Jadi, walaupun kedua gayaitu sama, tetapi kedua gaya itu tidak setimbang.Dalam kasus perenang tersebut, air mendorongmaju perenang itu, mengatasi gesekan yang iajumpai. Pasangan gaya-gaya yang terlibatdalam pelemparan sebuah bola basket akanmenyebaban kursi roda pada Gambar 8.20bergerak mundur.

Kamu mungkin mengkaitkan gaya denganbenda-benda aktif seperti manusia, binatang,dan mesin-mesin. Hal ini membuat sulit bagimu untukmembayangkan benda-benda seperti tembok, meja, ataulantai dapat mengerahkan gaya. Bagai-manapun juga hal inimemang benar. Tekanlah pojok meja dengan tanganmu. Mejaitu mungkin tetap diam, tetapi pada telapak tanganmumembekas permukaan meja itu. Bekas ini merupakan buktibahwa meja tersebut memberikan gaya kepada tanganmu.Semakin kuat kamu menekannya, semakin kuat pula mejatersebut mendorong tanganmu.

Peluncuran RoketMungkin kamu pernah melihat tayangan

di televisi mengenai peluncuran roket. Gerakroket adalah contoh lain penerapan hukumketiga Newton tentang gerak. PerhatikanlahGambar 8.21. Bahan bakar dinyalakan didalam mesin pembakar, menghasilkan gaspanas. Gas panas mendorong ke segala arahdi dalam roket, dan menyembur keluarmelalui bagian bawah roket. Dorongan gas keatas tersebut meluncurkan ke atas roket itu.Pada saat gas tersebut menyembur ke bawah,bergerak turun, roket itu bergerak ke arahyang berlawanan, atau naik. Dapatkah kamumenjelaskan, mengapa burung pada Gambar8.22 mengepakkan sayapnya? Lakukankegiatan Lab Mini 8.3 untuk lebih memahamigaya aksi dan reaksi.

Sumber: http://www.ocw.mit.edu.


Gambar 8.20Ketika anak itu melemparkan bola basket

ke depan, ia akan terdorong sedikit kebelakang.

Gaya Reaksisemburan gas

Gaya Aksiroket dipercepat


1. Bagaimanakah bunyi hukum ketiga Newton tentang gerak?2. Dengan menggunakan hukum ketiga Newton tentang gerak, jelaskan

apa yang terjadi bila seekor burung mengepakkan sayapnya saat terbang.3. Berpikir kritis: Kamu sedang menarik sebuah mobil mainan. Gaya antara tanganmu

dengan tali mobil itu sama dan berlawanan. Namun mobil itu bergerak dipercepat searahdengan gerakmu, namun tali tidak bergerak berlawanan dengan kamu karena ditarikmobil-mobilan menuju ke kamu. Jelaskan, bagaimana hal ini terjadi.

Gambar 8.22Saat terbang di udara, burung-burungtersebut bergantung pada hukum ketigaNewton tentang gerak. Dapatkah seekorburung terbang andaikata tidak adaudara?

Sumber: http://www.hickerphoto.com.

Intisari Subbab

Bina KeterampilanKeterampilan Menulis

Lab Mini 8.3

Bagaimana kamu dapat mengirimkan “paket”dengan roket balon?

Langkah-langkah1. Buatlah suatu jalur pengarah untuk roket balonmu

dengan membentangkan tali kail 8 m melalui sebuahsedotan. Ikatkan ujung-ujung tali itu pada kursi.

2. Tiup sebuah balon dan tekan rapat-rapat ujungnya.Lekatkan sebuah benda kecil pada balon di tempatyang tidak atau hanya sedikit mengganggu perjalananroket balon itu.

3. Dengan selotip, lekatkan balon yang telahmenggelembung tersebut pada sedotan yang terletakdi salah satu ujung tali.

4. Lepaskan balon itu. Ukurlah jarak perjalanan roketmusampai cm terdekat.

Analisis1. Apa yang membuat roket meluncur ke depan?

Bagaimana peluncuran ini mendemonstrasikanhukum ketiga Newton?

2. Apakah kamu berpikir bahwa roketmu akan bergeraklebih jauh jika tidak membawa beban? Perubahanapa yang dapat kamu lakukan agar roketmu bergeraklebih jauh?

Buatlah tulisan tentang contoh-contoh lain penerapan hukum ketiga Newtontentang gerak.

Gaya

Education

Transcript of Gaya