Pengertian Gaya dan Gerak

 1. Definisi Gaya

Seorang yang mendorong meja, meja yang tadinya diam sekarang bisa bergerak. Meja bisa bergerak karena orang memberikan sesuatu kekuatan melalui dorongan, kekuatan itulah yang kita namakan sebagai gaya. Gaya adalah dorongan atau tarikan yang dapat menyebabkan benda bergerak. Jadi bila kita menarik atau mendorong benda hingga benda itu bergerak maka kita telah memberikan gaya terhadap benda tersebut.

Besar kecilnya gaya dapat diukur menggunakan alat yang bernama neraca

pegas atau dinamometer. Sedangkan satuan gaya dinyatakan

dalam satuan Newton yang biasa ditulis dengan huruf N. Kata Newton diambil

dari nama Sir Isaac Newton, seorang ahli matematika dan ilmuwan besar. Besarnya gaya yang diperlukan untuk menarik benda akan ditunjukkan oleh jarum pada skala

dinamometer.

Dibawah ini adalah gambar cara mengukur gaya dengan menggunakan dinamometer. 

2. Jenis-jenis Gaya

Secara sadar atau tidak kita sering melakukan aktivitas yang memerlukan gaya. Tetapi jenis gaya tidak hanya yang kita keluarkan. Berikut ini adalah jenis-jenis gaya:

a. Gaya magnet:

Kekuatan yang menarik jarum, paku, atau benda logam lainnya yang ada disekitarnya. Magnet memiliki 2 kutub yaitu kutub utara dan selatan. Bentuk magnet beragam ada yang berbentuk jarum, ada yang berbentuk huruf “U”, berbentuk silinder, berbentuk lingkaran dan ada yang berbentuk batang.

Perhatikan gambar bentuk-bentuk magnet berikut!

b. Gaya listrik statis:

Kekuatan yang dimiliki benda yang bermuatan listrik untuk menarik benda-benda disekitarnya. Untuk melihat adanya gaya listrik statis, bisa dicoba dengan mengosok-gosok penggaris pada rambut kering kita, kemudian dekatkan pada sobekkan kertas, maka sobekkan kertas tersebut akan menempel pada penggaris. Penggaris bisa menarik potongan kertas dengan gaya listrik statis.

c. Gaya otot :

Kekuatan yang dihasilkan oleh otot manusia. Gaya ini sering dilakukan pada saat kita mengangkat beban atau sedang senam di sekolah. Apabila kita sering melakukan olahraga maka otomu akan bertambah besar dan kuat.

d. Gaya gravitasi bumi :

Kekuatan bumi untuk menarik benda lain ke bawah. Bila kita melempar benda ke atas, baik dari kertas, pensil atau benda lain maka semua benda itu akan jatuh ke bawah. Berbeda bila di luar angkasa para astronot tidak merasakan gaya gravitasi, akibatnya mereka akan melayang-layang bila berada di luar angkasa.

 

e. Gaya Pegas :

Kekuatan yang ditimbulkan oleh karet atau pegas yang diregangkan. Misalnya saat kamu bermain panahan, karet mampu mendorong anak panah terlontar  dengan cepat dan jauh.

f. Gaya Gesekan:

Bila kedua benda saling bergesekkan, maka antara keduanya akan muncul gaya gesek. Gaya gesek bisa menguntungkan dan merugikan. Bila kita berjalan di jalan yang kering, antara sepatu dan jalan akan muncul gaya gesek. Gaya gesek ini membantu kita untuk bisa berjalan. Bayangkan bila jalanan licin, maka gaya geseknya akan kecil dan kita akan kesulitan untuk berjalan.

3. Definisi Gerak

Cobalah kita berlari. Pada saat berlari maka terjadi perpindahan, dimana kita berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Jadi yang dimaksud dengan gerak adalah perpindahan posisi benda dari tempat asalnya karena adanya gaya.

 4. Contoh Gerak

Gaya dapat mempengaruhi gerak sebuah benda. Hal ini dapat dilihat dari beberapa kegiatan seperti:

a. Gerak karena gaya otot:

pada saat mengayuh sepeda, saat berolaraga, saat bermain tarik tambang, atau mendorong lemari menggunakan kekuatan dua tangan dll.   

b. Gerak karena gaya pegas :

Pada saat kamu bermain ketapel, atau Bermain panahan, kita memanfaatkan karet yang diregangkan untuk memudahkan anak panah

terlontar jauh dan cepat.

c. Gerak karena gaya mesin:

Gaya mesin, yang dimanfaatkan untuk melakukan pekerjaan berat seperti:

mobil pengeruk, buldoser, dan berbagai mesin yang digunakan dalam bidang industri.

Hukum I Newton

Hukum Newton tentang gerak dicetuskan oleh Sir Issaac Newton. Newton adalah seorang fisikawan, matematikawan, ahli Astronomi, dan ahli Kimia. Dalam bukunya :” Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, beliau membahas tentang gerak, dimana hukum ini masih kita pakai dan kita pelajari sampai sekarang. 

Bagaimanakah definisi hukum I Newton tentang gerak  ?Hukum I Newton disebut juga hukum kelembaman (Inersia).Pada dasarnya benda bersifat lembam artinya benda akan mempertahankan keadaannya, yaitu :

Bila benda dalam keadaan diam maka benda akan tetap diam.

Bila benda bergerak maka akan bergerak lurus beraturan.

Definisi hukum I Newton :Bila tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda , maka ;

benda yang diam akan tetap diam

benda yang bergerak akan bergerak lurus beraturan.

Secara matematis ditulis ;

Þ SF = 0 maka a = 0, sehingga Dv = 0 maka v = 0 (untuk benda yang diam) dan v = konstan (untuk benda yang bergerak)

Bagaimanakah ciri-ciri hukum I Newton tentang gerak  ?Ciri-ciri hukum I Newton :

Tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda  Þ  SF = 0.

Tidak mempunyai percepatan (perubahan kecepatan tiap detik)  Þ  a = 0

Jika diam akan tetap diam Þ v = 0

Jika bergerak akan bergerak lurus beraturan Þ v = c (Gerak Lurus Beraturan).

Contoh aplikasi hukum I Newton :

Penumpang terjungkal saat mobil yang bergerak cepat direm mendadak.

Koin di atas kertas di atas meja akan tetap di atas di atas meja jika

kertas ditarik secara cepat.

Ayunan bandul sederhana.

Pemakaian roda gila pada mesin mobil.

Jika kita melempar batu ke atas di ruang angkasa maka batu itu akan bergerak lurus ke atas terus. Orang diam di atas mobil yang bergerak sebetulnya dia mempunyai kecepatan yang besarnya sama dengan kecepatan mobil yang ditumpanginya. Pada saat mobil direm mendadak maka orang itu tetap bergerak dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan mobil sebelum direm sehingga orang itu terpental.

Hukum II Newton

 Definisi hukum II Newton adalah benda yang mengalami gaya akan mendapat

percepatan yang besarnya :

Berbanding lurus (sebanding) dengan besar resultan gaya-gaya yang mempengaruhinya.

 Berbanding terbalik dengan massa benda itu

Secara Sistematis

Ditulis : a : percepatan benda, satuannya    m/s2

f  : gaya yang bekerja, satuannya   N (newton)

m : massa benda, satuannya Kg

Kesetaraan newton dengan dyne :

1N = 1Kg.m/s2 = (1000gr)(100cm/s2) -> jadi 1 newton = 105 dyne.

Hukum III Newton

Definisi hukum III Newton adalah bila benda A melakukan gaya pada benda B sebagai aksi , maka benda B akan melakukan gaya balik terhadap benda A sebagai reaksi yang besarnya sama tapi arahnya  berlawanan. 

Apakah syarat-syarat hukum III Newton  ? Syarat-syarat hukum III Newton :

Yang bekerja adalah gaya-gaya luar.

Gaya-gaya itu harus segaris kerja.

Pasangan aksi-reaksi hadir jika 2 benda berinteraksi.

Aksi-reaksi bekerja pada 2 benda yang berbeda

Aksi-reaksi sama besar tapi berlawanan arah  -> FA = - FB.

Orang mengeluarkan gaya untuk mendorong tembok ( Fo ) sebagai aksi, maka tembok akan melakukan gaya balik ( FT ) terhadap orang itu sebagai reaksi yang besarnya sama tapi arahnya berlawanan --> Fo = - FT

Contoh-contoh gaya aksi-reaksi adalah :

1. Gaya gravitasi.

2. Gaya magnet.

3. Gaya listrik 

Gaya Gesek (gesekan)

Gaya Gesek

 Gaya gesek adalah gaya yang melawan gaya tarik atau gaya dorong yang bekerja pada suatu benda . Atau gesekan adalah gaya yang timbul pada dua permukaan benda yang

bergesekan yang arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak benda .

Gaya gesek merupakan gaya sentuh yang muncul jika permukaan dua zat yang bersentuhan secara fisik, dengan arah gaya gesekan sejajar dengan permukaan bidang sentuh dan berlawanan dengan arah gerak relatif benda itu.

Yang mempengaruhi besarnya gaya gesek

1. Koefisien gesekan ( μ ) adalah tingkat kekasaran permukaan yang bergesekan.Makin kasar kontak bidang permukaan yang bergesekan makin besar gesekan yang ditimbulkan.Jika bidang kasar sekali , maka μ = 1.Jika bidang halus sekali , maka μ = 0.

2. Gaya normal (N) adalah gaya reaksi dari bidang akibat gaya aksi dari benda.Makin besar gaya normalnya makin besar gesekannya.Gaya gesek dibedakan menjadi dua macam , yaitu:

1. Gaya gesek statis adalah gaya gesek benda sebelum bergerak 

Ingat ; untuk benda yang belum bergerak

2. Gaya gesek kinetis adalah gaya gesek benda setelah bergerak 

fs : gaya gesek statis , satuannya    N.fk : gaya gesek kinetis , satuannya   N.N : gaya normal , satuannya   N.μs : koefisien gesek statis

μk : koefisien gesek kinetis

Cara merumuskan gaya normal adalah dengan memakai persamaan hukum I Newton, yaitu ;

Benda di atas bidang datar ditarik gaya mendatar

N = w = m.g

Benda di atas bidang datar ditarik gaya membentuk sudut 

Benda di atas bidang miring membentuk sudut 

Bagaimanakah arah gaya-gaya yang bekerja pada benda  ?

 

Arah gaya normal (N) selalu tegak lurus dengan dengan bidang (letak benda)Arah gaya berat (w) selalu ke bawah (pusat bumi)Arah gaya gesek (f) selalu berlawanan

dengan arah gerak benda.Arah gaya gerak ( F ) searah dengan gerak benda.Menentukan nilai gesekan (f) :

Bila “

F = fs , maka benda tepat akan bergerak

F > fs , maka benda bergerak

Ingat  !Ketika kita mendorong benda secara terus-menerus, maka muncul fs yang membesar dari nol sampai fs maksimum (benda tepat akan bergerak), setelah benda bergerak maka gaya gesek menurun sampai mencapai nilai yang tetap yang disebut gaya gesek kinetis (dinamis)

Maka dalam keadaan bergerak , koefisien gesekan antara benda dengan bidang akan mengecil , sehingga μs >  μk

Penerapan Hukum Newton

Bagaimanakah aplikasi hukum Newton  ?Prinsip:

1. Jika benda diam maka memakai Hukum I Newton, yaitu

1. Jika benda bergerak Þ  maka memakai Hukum II Newton , yaitu ;

Bagaimanakah aplikasi hukum I Newton  ?

1.   Benda digantung pada seutas tali gesekan diabaikan    *) Jika benda diam , maka : T = w Þ  T = m.g*) Jika benda naik , maka : T – w = m.a Þ  T = m(g + a)*) Jika benda turun , maka : w – T = m.a Þ T =

m(g – a) T : tegangan tali = ……… N.

2. Benda digantung pada tali yang bercabang 

 

Bagaimanakah aplikasi hukum II Newton  ?

1.  Benda terletak pada katrol (kerekan ) gesekan diabaikan

*) Besarnya percepatan benda :

a : percepatan , satuannya    m/s2  

*) Besarnya tegangan tali :

mB : massa benda yang besar , satuannya   KgmK : massa yang kecil , satuannya   Kg

T : gaya tegang (tegangan) tali , satuannya    N

2.   Benda di dalam lift gesekan diabaikan           

*) Jika lift naik , maka :

NN : gaya normal benda pada saat lift naik, satuannya N

NT : gaya normal benda pada saat lift turun, satuannya N

 *) Jika lift turun, maka :

 

3.   Benda di atas bidang datar

Gaya yang bekerja searah perpindahan 

Gaya yang bekerja membentuk sudut q terhadap perpindahan (arah horisontal)

Gandengan beberapa benda ditarik dengan gaya F

 

Benda 1 ;  gaya-gaya yang bekerjaΣ Fy = 0 Þ N1 – w1 = 0   Þ  N1 =  m1.g.Σ Fx = m.a  Þ F – f1 - T = m1.a           f1            w1     f2         w2                    T = F – m1.g. μk – m1.a.

Benda 2 ; gaya-gaya yang bekerjaΣ Fy = 0 Þ N2 – w2 = 0   Þ  N2 =  m2.g.Σ Fx = m.a  Þ T – f2 = m2.a   Þ T = m2.a + m2.g. μk

Seluruh sistem ;ΣFx = Σm.a   Þ F – f1 – f2 = (m1 + m2).a

N1 : gaya normal benda 1 , satuannya  N.N2 : gaya normal benda 2 , satuannya N.f1 : gaya gesek benda 1  , satuannya N.f2 : gaya gesek benda 2  , satuannya N.T : tegangan (gaya tegang) tali , satuannya N.F  : gaya tarik , satuannya N.

a : percepatan  , satuannya  m/s2.

 

Benda 1 pada bidang miring , maka

 Σ Fy = 0 Þ N1 – w1x = 0ÞN1 =  m1.g.cos θ.                                                          Jika w2 > w1y + f1 , maka benda 2 turun dan benda 1 menaiki bidang miring, maka: Σ Fx = m.a Þ T – w1y – f1 = m1.a θ  Þ T = m1.a + m1.g.sin θ + N1. μk

Benda 2 tergantungΣ Fx = m.a Þw2 – T= m2.aÞ  T = w2 - m2.a   Þ                         Jika w2 + f1 < w1y  , maka benda 2 naik dan benda 1 menuruni bidang miring, makaΣ Fx = m.a Þ w1y - T– f1 = m1.aΣ Fx = m.a ÞT – w2= m2.a  Þ  T= w2 + m2.a  Þ a : percepatan , satuannya   m/s2T : tegangan tali , satuannya   N.

Usaha

Contoh usaha yang diberikan ke sebuah bola oleh seorang pengumpan bola baseball

Usaha atau kerja (dilambangkan dengan W dari Bahasa Inggris Work) adalah energi yang

disalurkan gaya ke sebuah benda sehingga benda tersebut bergerak.

Usaha didefinisikan sebagai integral garis (pembaca yang tidak akrab dengan kalkulus peubah

banyak lihat "rumus mudah" di bawah):

di mana

C adalah lintasan yang dilalui oleh benda;

 adalah gaya;

 adalah posisi.

Usaha adalah kuantitas skalar, tetapi dia dapat positif atau negatif.

Tidak semua gaya melakukan kerja. cotohnya, gaya

sentripetal dalamgerakan berputar seragam tidak menyalurkan

energi; kecepatan objek yang bergerak tetap konstan. Kenyataan ini

diyakinkan oleh formula: bila vektor dari gaya dan perpindahan tegak

lurus, yakni perkalian titik mereka sama dengan nol.

Bentuk usaha tidak selalu mekanis, seperti usaha listrik, dapat

dipandang sebagai kasus khusus dari prinsip ini; misalnya, di dalam

kasus listrik, usaha dilakukan dalam partikel bermuatan yang

bergerak melalui sebuah medium.

Konduksi panas dari badan yang lebih hangat ke yang lebih dingin

biasanya bukan merupakan usaha mekanis, karena pada ukuran

makroskopis, tidak ada gaya yang dapat diukur. Pada ukuran atomis,

ada gaya di mana atom berbenturan, tetapi dalam jumlahnya usaha

hampir sama dengan nol.

Daya

Daya dari bolam lampu ini dinyatakan oleh besarnya watt listrik yang diperlukan

Daya dalam fisika adalah laju energi yang dihantarkan atau kerja yang dilakukan per satuan waktu .

Daya dilambangkan dengan P. Mengikuti definisi ini daya dapat dirumuskan sebagai:

di mana

P adalah daya

W adalah kerja, atau energi

t adalah waktu

Daya rata-rata (sering disebut sebagai "daya" saja bila konteksnya jelas)

adalah kerja rata-rata atau energi yang dihantarkan per satuan waktu. Daya

sesaat adalah limit daya rata-rata ketika selang waktu Δt mendekati nol.

Bila laju transfer energi atau kerja tetap, rumus di atas dapat

disederhanakan menjadi:

,

di mana W, E adalah kerja yang dilakukan, atau energi yang

dihantarkan, dalam waktu t(biasanya diukur dalam satuan

detik).

Satuan daya dalam SI adalah watt.

Pesawat sederhanaDalam fisika, pesawat sederhana adalah segala jenis perangkat yang hanya membutuhkan

satu gaya untuk bekerja. Kerja terjadi sewaktu gaya diberikan dan menyebabkan gerakan

sepanjang suatu jarak tertentu. Kerja yang timbul adalah hasil gaya dan jarak. Jumlah kerja yang

dibutuhkan untuk mencapai sesuatu bersifat konstan, walaupun demikian jumlah gaya yang

dibutuhkan untuk mencapai hal ini dapat dikurangi dengan menerapkan gaya yang lebih sedikit

terhadap jarak yang lebih jauh. Dengan kata lain, peningkatan jarak akan mengurangi gaya yang

dibutuhkan. Rasio antara keduanya disebut keuntungan mekanik.

Secara tradisional, pesawat sederhana terdiri dari:

Bidang miring

Gaya-gaya yang bekerja pada bidang miring

Bidang miring adalah suatu permukaan datar yang memiliki suatu sudut, yang bukan

sudut tegak lurus, terhadap permukaan horizontal. Penerapan bidang miring dapat

mengatasi hambatan besar dengan menerapkan gaya yang relatif lebih kecil melalui

jarak yang lebih jauh, dari pada jika beban itu diangkat vertikal. Dalam istilah teknik

sipil, kemiringan (rasio tinggi dan jarak) sering disebut dengan gradien. Bidang miring

adalah salah satu pesawat sederhana yang umum dikenal.

Tuas

Tuas (lever,dalam Bahasa Inggris) atau pengungkit adalah salah satu pesawat

sederhana yang digunakan untuk mengubah efek atau hasil dari suatu gaya. Hal ini

dimungkinkan terjadi dengan adanya sebuah batang ungkit dengan titik tumpu (fulcrum), titik

gaya (force), dan titik beban (load) yang divariasikan letaknya. Contoh penggunaan prinsip

pengungkit adalah gunting, linggis, dan gunting kuku. pada masa ini, tuas sudah banyak

dikembangkan menjadi berbagai alat yang berguna dalam kehidupan sehari-hari. gunting

kuku adalah salah satu alat fisika yang menggunakan prinsip tuas.

]Pembagian Kelas Tuas

Tuas dibedakan atas 3 kelas. Yaitu:

1.Kelas Pertama yaitu titik tumpu(T) berada ditengah, diantara

lengan kuasa(Lk)(LF) dan lengan beban(Lb)(Lw).Contoh:Palu,

gunting

2.Kelas kedua Yaitu lengan beban berada diantara titik tumpu dan

lengan kuasa. Contoh: gerobak, pemecah biji, dan pembuka botol

3. Kelas ketiga Yaitu lengan kuasa berada diantara lengan beban dan titik tumpu

Katrol

Katrol adalah suatu roda dengan bagian berongga di sepanjang sisinya untuk

tempat tali ataukabel. Katrol biasanya digunakan dalam suatu rangkaian yang dirancang

untuk mengurangi jumlahgaya yang dibutuhkan untuk mengangkat suatu beban. Walaupun

demikian, jumlah usaha yang dilakukan untuk membuat beban tersebut mencapai tinggi yang

sama adalah sama dengan yang diperlukan tanpa menggunakan katrol. Besarnya gaya

memang dikurangi, tapi gaya tersebut harus bekerja atas jarak yang lebih jauh. Usaha yang

diperlukan untuk mengangkat suatu beban secara kasar sama dengan berat beban dibagi

jumlah roda. Semakin banyak roda yang ada, sistem semakin tidak efisien karena akan

timbul lebih banyak gesekan antara tali dan roa. Katrol adalah salah satu dari enam

jenis pesawat sederhana.

Tidak ditemukan catatan mengenai kapan dan oleh siapa katrol pertama kali dikembangkan,

tapi kemugkinan besar berasal dari Eurasia. Bagian dasar pembentuk sistem katrol, roda,

ditemukan beberapa waktu setelah penemuan di di Eurasia pada masyarakat di belahan

barat, Afrika sub-Sahara, dan Australia. Dipercayai juga bahwa Archimedes mengembangkan

rangkaian sistem katrol pertama, sebagai mana dicatat oleh Plutarch.

RUMUS KATROL

Katrol tetap KM = 1

Katrol bergerak KM = 2

Katrol majemuk KM = n (n=jumlah katrol)

Baji

Gaya ke arah bawah pada baji menghasilkan gaya horizontal terhadap obyek.

Baji adalah suatu pesawat sederhana, secara teknis terdiri dari dua bidang miring, yang

digunakan untuk memisahkan dua obyek, atau bagian-bagian obyek, dengan penerapan gaya,

tegak lurus terhadap permukaan miring, yang dihasilkan oleh pengubahan gaya yang diberikan

pada bagian ujung yang lebar. Keuntungan mekanis (mechanical advantage) baji tergantung pada

rasio panjang terhadap tebal. Baji pendek dengan sudut lebar membutuhkan gaya yang lebih

besar dari pada baji panjang dengan sudut yang lebih kecil.

Baji telah digunakan bahkan sejak Zaman Batu. Contoh penggunaan prinsip baji antara

lain adalah kapak, kuku, dangigi. Pisau kadang dapat digunakan sebagai baji, walaupun

secara fundamental lebih menerapkan fungsi pemotongan.

Sekrup

sekrup adalah suatu batang atau tabung dengan alur heliks pada permukaannya.

Penggunaan utamanya adalah sebagai pengikat (fastener) untuk menahan dua obyek

bersama, dan sebagai pesawat sederhana untuk mengubah torka (torque) menjadi gaya

linear. Baut dapat juga didefinisikan sebagai bidang miring yang membungkus suatu batang.

EnergiDitinjau dari perspektif fisika, setiap sistem fisik mengandung (secara

alternatif, menyimpan) sejumlah energi; berapa tepatnya ditentukan dengan

mengambil jumlah dari sejumlah persamaan khusus, masing-masing didesain

untuk mengukur energi yang disimpan secara khusus. Secara umum, adanya

energi diketahui oleh pengamat setiap ada pergantian sifat objek atau sistem.

Tidak ada cara seragam untuk memperlihatkan energi;

Satuan

SI dan satuan berhubungan

Satuan SI untuk energi dan kerja adalah joule (J), dinamakan untuk

menghormati James Prescott Joule dan percobaannya dalam persamaan

mekanik panas. Dalam istilah yang lebih mendasar 1   joule  sama dengan

1 newton-meter dan, dalam istilah satuan dasar SI, 1 J sama dengan 1 kg m2 s−2.

Transfer energi

Kerja

Kerja didefinisikan sebagai "batas integral" gaya F sejauh s:

Persamaan di atas mengatakan bahwa kerja (W) sama dengan integral

dari dot product gaya ( ) di sebuah benda dan infinitesimal posisi benda (

).

Jenis energi

Energi kinetik

Energi kinetik adalah bagian energi yang berhubungan dengan gerakan

suatu benda.

Persamaan di atas menyatakan bahwa energi kinetik (Ek) sam dengan

integral dari dot product velocity ( ) sebuah benda

dan infinitesimal momentum  benda ( ).

Energi potensial

Berlawanan dengan energi kinetik, yang adalah energi dari

sebuah sistem dikarenakan gerakannya, atau gerakan internal dari

partikelnya,energi potensial dari sebuah sistem adalah energi yang

dihubungkan dengan konfigurasi ruang dari komponen-komponennya

dan interaksi mereka satu sama lain. Jumlah partikel yang

mengeluarkan gaya satu sama lain secara otomatis membentuk sebuah

sistem dengan energi potensial. Gaya-gaya tersebut, contohnya, dapat

timbul dari interaksi elektrostatik (lihat hukum Coulomb), atau gravitasi.

Energi internal

Energi internal adalah energi kinetik dihubungkan dengan

gerakan molekul-molekul, dan energi potensial yang dihubungkan

dengan getaran rotasi  dan energi listrik dari atom-atom di dalam

molekul. Energi internal seperti energi adalah sebuah fungsi

keadaan yang dapat dihitung dalam sebuah sistem.

Kekekalan energiHukum kekekalan energi adalah salah satu dari hukum-hukum kekekalan yang meliputi energi

kinetik dan energi potensial. Hukum ini adalah hukum pertama dalam termodinamika.

Hukum Kekekalan Energi (Hukum I Termodinamika) berbunyi: "Energi dapat berubah dari satu

bentuk ke bentuk yang lain tapi tidak bisa diciptakan ataupun dimusnahkan (konversi energi)".

TEKANAN PADA ZAT PADAT

Tekanan adalah hasil bagi antara gaya tekan dengan luas bidang tempat gaya itu bekerja.

Tekanan dinyatakan dalam satuan newton / m2 = N/m2 atau Pascal (Pa).

Rumus tekanan :

P = F / A atau F = P.A

Keterangan :

F = gaya tekan, satuannya newton ( N )

A = luas bidang sentuh, satuannya : m2

P = tekanan, satuannya : N / m2 atau Pascal (Pa)

Besarnya tekanan sebanding dengan besarnya gaya dan berbanding terbalik dengan

luas bidang tekannya. Ini berarti semakin besar gayanya semakin besar tekanannya,

semakin luas bidang tekannya, semakin kecil tekanannya.

Misalnya itik dapat berjalan di atas tanah yang lembek, karena kaki itik berselaput.

Kaki berselaput menyebabkan luas permukaan kaki itik lebih besar dibandingkan

dengan kaki ayam, akibatnya tekanan yang diberikan itik lebih kecil.

2. Tekanan Pada Zat Cair

Dari gambar di bawah ini dapat dilihat bahwa lubang bejana yang paling

bawah menyemburkan air paling jauh. Hal ini menunjukkan bahwa pada bagian yang

paling dalam tekanannya paling besar.

Selain itu, kita juga menemukan bahwa air dan minyak menghasilkan zat cair

yang berbeda jauhnya. Dengan demikian, massa jenis zat cair berpengaruh juga

terhadap besar kecilnya tekanan. Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut :

p = r . g . h213

keterangan :

p = tekanan (N/m2)

r = massa jenis (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (N/kg)

h = kedalaman (m)

a. Hukum Pascal

Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke

segala arah dan sama besar.

Air menyembur dari setiap lubang kantong plastik dengan jarak yang sama.

Semakin kuat kantong plastik ditekan, semakin cepat semburan airnya begitu

sebaliknya. Dengan demikian kita dapat menyimpulkan bahwa tekanan diteruskan ke

segala arah dengan sama besar

Beberapa alat yang bekerja berdasarkan hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik,

rem hidrolik dan alat pengangkat mobil.

b. Bejana Berhubungan

Bejana berhubungan adalah rangkaian beberapa bejana yang bagian atasnya

terbuka dan bagian bawahnya dihubungkan satu sama lain. Jika ke dalam bejana

itu

diisi air maka akan terlihat bahwa permukaan air dalam bejana yang diam selalu

terletak pada bidang datar. Begitu pula bila bejana dimiringkan, permukaan airnya

akan tetap dalam satu bidang datar.

Prinsip kerja bejana berhubungan dapat diterapkan dalam kehidupan seharihari.

Beberapa penerapannya dapat ditemui pada cerek atau teko, permukaan air 215

dalam mulut teko sama tinggi dengan permukaan air pada bagian bawah tutup teko,

tangki air, waterpass atau sifat datar dari selang air yang digunakan oleh tukang

bangunan.

Hukum bejana berhubungan tidak berlaku untuk zat cair yang tidak sejenis,

misalnya diisi air dan air raksa.

Hubungan antara tinggi kedua jenis zat cair itu dapat dituliskan :

p1 = p2

r1 . g . h1 = r2 . g . h2

r1. h1 = r. h2

c. Hukum Archimedes

Hukum Archimedes menyatakan sebagai berikut, Sebuah benda yang tercelup

sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang

besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya.

Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan :

Fa = r v g

keterangan :

Fa = gaya ke atas (N)

V = volume benda yang tercelup (m3)

r = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (N/kg)

Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat

cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke

atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan

besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut.216

· Tenggelam

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat

benda (w) lebih besar dari gaya ke atas (Fa).

w > Fa

rb X Vb X g > ra X Va X g

rb > ra

· Melayang

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat

benda (w) sama dengan gaya ke atas (Fa).

w = Fa

rb X Vb X g = ra X Va X g

rb = ra

· Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat

benda (w) lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).

w = Fa

rb X Vb X g = ra X Va X g

rb < ra

Beberapa alat yang bekerja berdasarkan Hukum Archimedes adalah

hidrometer, kapal selam dan balon udara

3. Tekanan Pada Zat GasAtmosfer adalah lapisan udara yang menyelubungi bumi. Pada lapisan inilah manusia dapat hidup. Selain zat cair, atmosfer pun mengadakan tekanan terhadap sekitarnya. Tekanan ini sebagai akibat adanya gaya gravitasi yang bekerja pada setiap bagian atmosfer. Massa jenis udara ini sangat kecil jika dibandingkan dengan massa jenis zat padat atau zat cair. Massa jenis udara berkurang pada ketinggian yang berbeda. Oleh sebab itu persamaan tekanan P = r g h tidak berlaku pada tekanan atmosfer atau tekanan pada gas. a. Percobaan TorricelliTekanan Atmosfer pertama kali diukur oleh seorang ahli fisika Italia bernama Torricelli. Menurut Torricelli, tekanan yang menahan raksa dalam tabung kaca setinggi 76 cm atau tekanan udara luar (atmosfer) sama dengan 76 cm Hg.

Dalam percobaannya, Torricelli menggunakan pipa kaca sempit berdinding tebal yang panjangnya kira-kira 1 meter dan salah satu ujungnya tertutup. Alat tersebut lebih dikenal dengan sebagai alat Torricceli.Selain menemukan kesetaraan satuan tekanan raksa dengann tekanan atmosfer, Torricceli juga menemukan hubungan antara ketinggian tempat dengan tekanan udaranya. Menurut Torricelli, tekanan udara di permukaan laut lebih besar daripada tekanan di tempat yang tinggi, misalnya pegunungan. Semakin tinggi tempat pengukuran, semakin rendah tekanan udaranya karena semakin dekat ke permukaan lapisan. Hal ini sama dengan zat cair bahwa semakin dekat ke permukaan air, semakin kecil tekanan hidrostatisnya.Tekanan udara luar (atmosfer) = 1 atm = 76 cmHg =76 cm air raksa. Dalam SI ditulis r raksa = 13.000 kg/m3, g = 9,8 N/kg dan h raksa = 76cm = 0.76m.Persamaan tekanan raksa adalahp = r raksa X g X h raksa = 13.600 X 9.8 X 0.76= 101.292,8 N/m2Jadi tekanan raksa adalah 101.292,8 N/m2.222Satuan tekanan yang lain nilainya dapat didekatkan menjadi sebagai berikut.1 bar = 100.000 N/m2 = 100.000 Pascal (Pa)Jadi 1 bar = 1000.000 N/m2= 100.000 Pa.b. Gas Dalam Ruang Tertutup.Sebuah balon ditiup dan diikat sehingga bentuk balon yang kempis berubah menjadi bulat. Demikian pula, jika balon yang bulat ditekan maka balon yang ditekan akan kempis dan bagian balon yang lain akan menggelembung dan membesar. Selain itu, kita juga akan merasakan adanya tekanan udara dari dalam balon itu.Berdasarkan contoh itu, kita dapat mengatakan bahwa udara di dalam balon itu menekan ke segala arah. Udara dalam ruang tertutup mengadakan tekanan pada dinding ruang itu. Untuk megukur tekanan gas dalam ruang tertutup, kita dapat meggunakan Manometer. Manometer ada dua jenis yaitu manometer zat cair terbuka dan manometer logam. Manometer zat cair terbuka atau menometer terbuka terdiri dari sebuah pipa berbentuk U berisi zat cair. Manometer diisi zat cair dan salah satunya dihubungkan dengan kran gas. Jika raksa pada kaki yang lain naik dan perbedaan tinggi raksa sebesar h cm, sedangkan tekanan udar luar sebesar B cm hg, tekanan gas dalam ruang tertutup adalah:P gas = (h +B) cm Hg, sedangkan r air = 1/13.6 r raksa jadi tekanan dalam ruang tertutup adalah : P gas = ( h / 13.6 + B ) cmHg.Manometer logam adalah alat untuk mengukur tekanan udara yang besar. Manometer logam terdiri dari pipa logam yang dibengkokkan. Salah satu jenis manometer logam adalah manometer Bourdon. Alat ini banyak digunakan dalam industri untuk mengukur tekanan udara dalam tabung gas atau tangki uap.223c. Hukum BoyleHubungan antara tekanan gas dalam ruang tertutup dan volume pertama kali ditemukan oleh Robert Boyle. Menurut Boyle, semakin besar tekanan, volume udara semakin kecil. Hasil kali tekanan dan volume selalu tetap. Persamaannya : P X V = C atau p1 X V1 = p2 X V2

keterangan :p1 = tekanan gas mula-mula (N/m2)p2 = tekanan gas akhir (N/m2)v1 = volume gas mula-mula (m3)v2 = volume gas akhir (m3)Beberapa alat yang menggunakan Hukum Boyle adalah pompa air dan pompa sepeda.Pompa AirPrinsip kerja pompa air adalah sebagai berikut. Jika pengisap ditarik ke atas, klep K1 terbuka dan klep K2 tertutup. Udara dari pipa masuk ke dalam tabung pompa melalui klep K1 sehingga volume udara diperbesar dan tekanan udara di dalam pompa diperkecil. Akibatnya air naik ke dalam pipa. Jika pengisap digerakkan terus menerus, air akan naik mengisi tabung pompa dan terus dinaikkan oleh pengisap sehingga keluar melalui pipa kecil. Air yang sudah berada di atas pengisap tidak turun lagi karena klep K2 menutup.224Pompa Sepeda Pada saat pompa digunakan, bagian saluran udara pada pompa harus menempel pada katup atau pentil yang terbuat dari karet.Prinsip kerjanya, jika pengisap ditekan maka tekanan udara yang besar di dalam pompa akan menerobos pentil dan masuk ke dalam ban.

Cut Lubna RachelVIII A