MODUL 2. Gerak Berbagai Benda di Sekitar Kita

Transkripsi

1 MODUL 2

2 MODUL 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia i

3 Kaa Penganar Dafar Isi Pendidikan kesearaan sebagai pendidikan alernaif memberikan layanan kepada mayaraka yang karena kondisi geografis, sosial budaya, ekonomi dan psikologis idak berkesempaan mengikui pendidikan dasar dan menengah di jalur pendidikan formal. Kurikulum pendidikan kesearaan dikembangkan mengacu pada kurikulum 2013 pendidikan dasar dan menengah hasil revisi berdasarkan perauran Mendikbud No.24 ahun Proses adapasi kurikulum 2013 ke dalam kurikulum pendidikan kesearaan adalah melalui proses koneksualisasi dan fungsionalisasi dari masing-masing kompeensi dasar, sehingga pesera didik memahami makna dari seiap kompeensi yang dipelajari. Pembelajaran pendidikan kesearaan menggunakan prinsip flexible learning sesuai dengan karakerisik pesera didik kesearaan. Penerapan prinsip pembelajaran ersebu menggunakan sisem pembelajaran modular dimana pesera didik memiliki kebebasan dalam penyelesaian iap modul yang di sajikan. Konsekuensi dari sisem ersebu adalah perlunya disusun modul pembelajaran pendidikan kesearaan yang memungkinkan pesera didik unuk belajar dan melakukan evaluasi keunasan secara mandiri. Tahun 2017 Direkora Pembinaan Pendidikan Keaksaraan dan Kesearaan, Direkora Jendral Pendidikan Anak Usia Dini dan Pendidikan Masyaraka mengembangkan modul pembelajaran pendidikan kesearaan dengan melibakan pusa kurikulum dan perbukuan kemdikbud, para akademisi, pamong belajar, guru dan uor pendidikan kesearaan. Modul pendidikan kesearaan disediakan mulai pake A ingka kompeensi 2 (kelas 4 Pake A). Sedangkan unuk pesera didik Pake A usia sekolah, modul ingka kompeensi 1 (Pake A seara SD kelas 1-3) menggunakan buku pelajaran Sekolah Dasar kelas 1-3, karena mereka masih memerlukan banyak bimbingan guru/uor dan belum bisa belajar secara mandiri. Kami mengucapkan erimakasih aas parisipasi dari Pusa Kurikulum dan Perbukuan Kemdikbud, para akademisi, pamong belajar, guru, uor pendidikan kesearaan dan semua pihak yang elah berparisipasi dalam penyusunan modul ini. Jakara, Desember 2017 Direkur Jenderal Kaa Penganar... ii Dafar Isi... iii Peunjuk Penggunaan Modul... 1 Tujuan Pembelajaran Modul... 1 UNIT 1 GERAK... 2 A. Apa yang Dimaksud dengan Gerak?... 2 B. Pengerian Gerak... 3 C. Jarak dan Perpindahan... 5 Penugasan D. Kelajuan dan Kecepaan... 5 Laihan E. Gerak Lurus Kecepaan Konsan... 9 Penugasan Kegiaan F. Gerak Lurus Percepaan Konsan Kegiaan Penugasan G. Penerapan Gerak Lurus Kecepaan Konsan dan Gerak Lurus Percepaan Konsan Penugasan Penugasan Evaluasi UNIT 2 GERAK MELINGKAR Penugasan A. Percepaan Senripeal Penugasan B. Penerapan Gerak Melingkar dalam Kehidupan Sehari-hari Penugasan Evaluasi Harris Iskandar ii Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia iii

4 GERAK BERBAGAI BENDA DI SEKITAR KITA UNIT 3 GERAK DAN GAYA A. Gaya Senuh dan Gaya Tak Senuh Kegiaan B. Hukum Newon Mengenai Gerak C. Hubungan Gaya dengan Gerak D. Penggambaran Gaya Penugasan Laihan Kegiaan Penugasan Laihan Penugasan Laihan E. Bera dan Massa Kegiaan Laihan Evaluasi UNIT 4 GERAK PARABOLA A. Apa yang Dimaksud dengan Gerak Parabola? Laihan Evaluasi Rangkuman Penilaian Kunci Jawaban Krieria Pindah Modul Dafar Isilah Dafar Pusaka Peunjuk Penggunaan Modul Modul enang gerak benda di sekiar kia erdiri dari gerak lurus, gerak melingkar, gerak parabola, dan penguaan pemahaman enang gerak secara keseluruhan. Pembahasan enang gerak ini sanga pening karena begiu deka dengan keberadaan kia sehari-hari. Sebagai manusia, dan juga bagian dari makhluk hidup di dunia dan alam semesa, diunu unuk selalu akif bergerak agar kia bisa hidup. Begiu juga benda-benda di sekiar kia juga cenderung bergerak. Cobalah perhaikan! Apakah iu gerak nyaa aau gerak semu? Modul ini erdiri dari penganar yang berfungsi sebagai dasar pemikiran unuk memoivasi para pembaca; uraian maeri sebagai gejala dan aau konsep dasar yang perlu dicermai; kegiaan agar pembaca bisa mengalami sendiri suau permasalahan; conoh soal memberi conoh kepada pembaca cara mengaasi suau permasalahan; soal laihan dan ugas unuk melaih pembaca mengaasi permasalahan. Tujuan Pembelajaran Modul Seelah mempelajari modul ini, diharapkan pesera didik dapa 1. Menjelaskan pengerian gerak 2. Membua grafik perpindahan erhadap waku berdasarkan daa yang ada 3. Membedakan anara gerak lurus benda yang mengalami kecepaan konsan dengan yang mengalami percepaan konsan 4. Menunjukkan conoh penerapan konsep gerak lurus dengan kecepaan konsan dalam kehidupan sehari-hari. 5. Menunjukkan conoh penerapan konsep gerak lurus dengan percepaan konsan dalam kehidupan sehari-hari. 6. Menjelaskan adaya suau keerpaduan dua macam gerak dalam gerak parabola. 7. Menunjukkan conoh gerak parabola di lingkungan hidup sehari-hari. 8. Membedakan anara gerak lurus dengan gerak melingkar 9. Menunjukkan adanya percepaan senripeal dalam gerak melingkar berdasarkan conohconoh di lingkungan sekiar. 10. Menjelaskan Hukum Newon enang gerak pada penerapannya erhadap berbagai gerak di sekiar kia iv Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 1

5 GERAK Apa yang Dimaksud dengan Gerak? Gerak merupakan salah sau gejala alam yang erjadi seiap saa di lingkungan sekiar kia. Bahkan kia pun selalu bergerak unuk memenuhi kebuuhan sehari-hari, seperi bekerja mencari nafkah. Begiu seringnya gejala gerak yang erjadi di sekiar sehingga kia kadang mengabaikannya, dan menganggapnya sebagai suau kejadian biasa. Mempelajari gerak berujuan agar kia mengeahui bagaimana erjadinya gerak. Diharapkan kia menjadi lebih ahu cara memanfaakan gejala ala mini secara lebih berdayaguna. Gerak kadangkala juga berbahaya bagi kia jika kia idak mampu mengonrolnya. Misalnya gerak jauh bebas, jauh dari suau keinggian bisa memberikan dampak yang cukup menyakikan bagi kia. Begiu juga dalam mengonrol kendaraan agar mengaur kecepaannya dengan baik karena bisa berbahaya jika berumbukan dengan benda lainnya. Pengerian Gerak Unuk lebih memahami enang gerak, mari kia lakukan kegiaan beriku. Sediakan beberapa benda yang mudah bergerak, seperi bola aau mainan mobil-mobilan sera pengukur waku (sopwach aau arloji). Kemudian luncurkan pada sebidang lanai yang sudah diberi anda ukuran berskala (aau pada lanai dengan pola ubin yang sebangun dan erukur, misalnya ubin dengan pola persegi dengan sisi 20 cm aau 30 cm). Ukurlah perpindahan bola pada lanai berskala ersebu dan secara bersamaan ukurlah waku empuhnya. Caa hasil pengamaanmu. Selanjunya gunakan dua aau lebih ala ukur waku (sopwach/ arloji) pada lanai berskala yang dibagi dua (aau lebih). Kemudian luncurkan bola iu pada lanai berskala dengan dua posisi ersebu. Pada posisi perama caa waku dengan menggunakan sopwach perama (aau arloji), kemudian pada posisi kedua, caa dengan menggunakan sopwach kedua (aau arloji). Posisi 1 Posisi 2 Gambar 1.2 Bidang berskala dengan ala pengukur waku Selanjunya bisa dicobakan dengan 3 posisi yang sama panjang dengan auran yang sama. Bualah abel dan grafik dari caaan hasil pengamaan. Tabel jarak erhadap waku Gambar 1.1 Gerak merupakan gejala alam yang sering erdapa di lingkungan kia No Jarak Waku Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 3

6 s mempunyai nilai api idak mempunyai arah. Besaran skalar yang dipelajari dalam bab ini adalah jarak dan kelajuan, keduanya memiliki nilai yang selalu posiif. Sedangkan besaran vekor adalah besaran yang mempunyai nilai dan arah, dalam bab ini berhubungan dengan perpindahan, kecepaan, dan percepaan. Gambar 1.3 Grafik jarak erhadap waku pada bidang daar Selanjunya gunakan papan seluncur yang sudah diberi skala dengan anda pada posisi 1, 2, 3... dan seerusnya. Luncurkan pada papan ersebu dengan sudu kemiringan yang berubah-ubah (makin lama makin besar). Caa waku pada posisi 1, 2,... dan seerusnya, dan bualah grafiknya. Kemudian bandingkan grafi k pada gerak luncur bola secara mendaar dengan bola yang meluncur pada bidang miring. Jarak dan Perpindahan Jarak adalah panjang suau linasan, aau leak suau iik erhadap iik lainnya. Jarak dapa diukur dari dua arah dan nilainya selalu bersifa mulak (posiif). Jarak merupakan besaran skalar dan idak mempunyai arah. Perpindahan adalah perubahan posisi suau benda pada waku erenu erhadap posisi awal (acuan) benda ersebu. Perpindahan merupakan besaran vekor sehingga selain mempunyai besar juga memiliki arah sehingga dapa bernilai posiif aau negaif. PENUGASAN 1 s 1. Diskusikan mengapa ada perbedaan anara jarak dan perpindahan biarpun panjang linasan dari keduanya adalah sama. 2. Seorang siswa berjalan dari P ke Q sejauh 48 m dan kemudian kembali ke arah P sebesar 12 m. Tenukan jarak dan perpindahannya! Gambar 1.4 Grafi k jarak erhadap waku pada bidang miring Apa yang Dimaksud dengan Gerak? Dalam koneks fi sika, suau benda dikaakan bergerak apabila kedudukannya selalu berubah erhadap suau acuan erenu. Acuan gerak merupakan iik aau posisi dimana erjadi peng amaan erhadap suau gerak aau sebagai pembanding erhadap gerak ersebu. Misalnya bila kia mengaakan bahwa mobil iu bergerak, maka yang biasanya dimaksudkan ialah bahwa mobil iu bergerak erhadap kia sebagai acuan pengama aau erhadap rumah yang berada dalam posisi diam. Kenyaannya dari penjelasan di aas bahwa gerak bersifa relaif. Dalam gerak, akan melibakan besaran skalar dan besaran vekor. Besaran skalar merupakan besaran yang 3. Koordina iik A, B, C, D dan E ialah (-15,0), (-6,0), (8,0), (15,0) dan (24,0). Tenukan jarak empuh dari iik B ke D melalui linasan BCBABCD dan BCD, dan enukan pula perpindahan dari E ke A? Kelajuan dan Kecepaan Di dalam kehidupan sehari-hari kaa kelajuan jarang dipergunakan, yang sering dipakai adalah kaa kecepaan. Kelajuan dan kecepaan merupakan dua pengerian yang berbeda. Misalkan, kia mengenderai sepeda moor dengan kelajuan (speed) 60 km/jam, maka dapa diarikan bahwa kia menempuh jarak sejauh 60 km unuk seiap jam. Jadi, kelajuan dapa dikaakan sebagai jarak yang diempuh iap sauan waku. Kelajuan ermasuk besaran skalar, sehjngga idak breganung pada arah gerak. Besar kelajuan dapa diamai pada kendaraan melalui ala yang biasa disebu sebagai spedomeer. 4 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 5

7 Semenara iu, kecepaan (velociy) selalu berhubungan dengan perpindahan. Oleh karena iu, kecepaan dapa bernilai posiif aau negaif, berganung pada arah perpindahan, karenanya juga merupakan besaran vekor. 1. Kelajuan Raa-raa Pada umumnya sebuah kendaraan sanga sukar bergerak dengan kelajuan eap. Hal ini eruama berganung pada keadaan jalan yang dilewai, disamping juga adanya fakor gesekan dengan udara dan jalanan. Kadang-kadang kendaraan bisa melaju dengan kencang jika idak ada halangan di jalan, api bisa juga berheni pada saa berhadapan dengan lampu merah. Oleh karena iu, unuk menghiungnya perlu menggunakan nilai kelajuan raa-raa. Cara menghiung nilai kelajuan raa-raa adalah dengan menjumlahkan jarak yang diempuh dan membaginya dengan oal waku yang dibuuhkan unuk menempuh sepanjang jarak ersebu. Conoh Soal: Dalam suau perjalanan dari koa Jakara ke Bandung melalui beberapa koa, yaiu Bogor, Ci anjur, dan Padalarang. Jakara Bogor berjarak 65 km diempuh dalam waku 1 jam. Selanjunya Bogor Cianjur berjarak 15 km diempuh dalam waku 30 meni. Kemudian Cianjur Padalarang berjarak 90 km diempuh dalam waku 2 jam. Terakhir, Padalarang Bandung ber jarak 20 km diempuh dalam waku 30 meni. Maka kelajuan raa-raanya adalah : Kelajuan raa-raa = 65 km + 15 km + 85 km + 15 km 1 jam + ½ jam + 2 jam + ½ jam = 45 km/jam = 180 km 4 jam Jadi dapa disimpulkan bahwa kelajuan raa-raa adalah jarak oal yang diempuh dalam selang waku erenu. Bila kelajuan raa-raa diberi simbol (V), jarak empuh (s), dan waku empuh (), maka persamaan secara maemais dapa diulis Conoh Soal: V = s Seorang siswa yang berangka ke sekolah mengendarai sepeda dengan kelajuan eap 5 m/ de selama 10 meni perama. Enam (6) meni berikunya, siswa ersebu bersepeda dengan kelajuan 10 m/de hingga iba di sekolahnya. Tenukanlah: a) Jarak yang diempuhnya dari rumah ke sekolah b) Kelajuan raa-raanya selama perjalanan Penyelesaian: Dikeahui: V 1 = 5 m/de V 2 = 10 m/de Dianyakan: 1 = 10 meni = 600 deik 2 = 6 meni = 360 deik a) Berapa jarak yang diempuh dalam waku 1 dan 2? b) Berapa kelajuan raa-raa dalam oal waku? Jawab: a) Jarak yang diempuh selama selang waku 1 dan 2 S 1 = V 1. 1 = (5). (600) = 3000 m S 2 = V 2. 2 = (10). (360) = 3600 m Jarak dari rumah ke sekolah : S 1 + S 2 = = 9600 m Jadi jarak yang diempuh selama 1 dan 2 adalah m. b) Kelajuan raa-raa Waku empuh = 600 deik deik = 960 deik Kelajuan raa-raa v = 9600 m = 10 m/de 960 de Jadi kelajuan raa-raa siswa bersepeda ke sekolahnya adalah 10 m/de. 2. Kecepaan Raa-raa Besarnya kecepaan raa-raa dari suau benda berganung pada besar dan arah perpindahan sera selang waku yang dibuuhkan. Sebuah kendaraan yang bergerak dengan kelajuan erenu idak berari memiliki nilai kecepaan yang sama pula, karena kecepaan sanga berganung pada arah perpindahan. Dalam penulisan nilai kecepaan, kia harus memperhaikan anda posiif (+) aau anda negaif (-) dari arah perpindahannya. Karena perpindahan merupakan besaran vekor, maka kecepaan raa-raanya juga besaran vekor. Persamaannya dapa diulis sebagai beriku : 6 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 7

8 S = perpindahan (meer) = selang waku (deik) v = kecepaan raa raa (m. de-1) Conoh Soal: Kecepaan raa-raa v = s Kesi dan Aria berlari sepanjang linasan garis lurus A ke B berjarak 60 m. Kesi berlari dari A ke B, sedangkan Aria dari B ke A. Seelah 10 deik kedudukan Kesi menjadi 40 meer dari A dan Aria 50 meer dari B. Hiunglah perpindahan dan kecepaan masing-masing mereka? Jawab: Linasan dari A ke B dianggap bernilai posiif, semenara dari B ke A negaif. Perpindahan Kesi dalam = 10 deik adalah s = 40 m Perpindahan Aria dalam = 10 deik adalah s = -50 m Kecepaan Kesi v = Kecepaan Aria v = s = s 40 m = 10 deik = 4 m/de -50 m = -5 m/de 10 deik Tanda posiif dan negaif di depan nilai sauan suau besaran vekor menunjukkan adanya arah linasan. Kesi berpindah dari A ke B, semenara Aria dari B ke A. Gerak Lurus Kecepaan Konsan Kia sudah membahas mengenai jarak dan perpindahan dimana nilai jarak bisa dianggap sama dengan nilai mulak perpindahannya. Begiu juga kelajuan memiliki nilai yang bisa dianggap sa ma dengan nilai mulak kecepaan. Pada abel di bawah ini, erdapa jarak/perpindahan erhadap, sehingga bisa dihiung kecepaan/kelajuan suau dalam bergerak meluncur, yaiu ke lajuan/kecepaan v sama dengan jarak/perpindahan s per sauan waku, aau diulis: v = s Dimana s merupakan jarak/perpindahan, dan adalah waku empuh. Selanjunya bua abel baru berdasarkan hasil abel sebelumnya, namun dengan menggunakan benda dan sudu kemiringan yang bervariasi. Tabel Kecepaan No Jarak (meer) Waku (deik) Kecepaan (meer per deik) PENUGASAN 2 LATIHAN 1 (a) Bualah grafik kecepaan erhadap waku dari gerak bola mendaar. (b) Bualah grafik kecepaan erhadap waku dari gerak meluncur di bidang miring. (c) Diskusikan perubahan pola gerak yang erjadi pada bidang daar dan bidang miring 1. Apa perbedaan kelajuan dengan kecepaan? 2. Seorang ale berlari menempuh jarak 1 lap puaran sepanjang 400 meer dalam waku 60 deik. Tenukan kelajuan raa-raa dan kecepaan raa-raa anak ersebu. 3. Apabila sedang mengendarai sepeda moor lalu erliha pada spedomeer jarumnya menunjuk kan angka 60. Apa maksud angka ersebu? Berapa nilai dalam sauan SI? Apakah Gerak Lurus Kecepaan Konsan? Beberapa conoh yang hampir menggambarkan suau gerak lurus berauran secara epa adalah keika mobil yang bergerak di jalan bebas hambaan (ol) dengan kecepaan eap, gerak bola yang menggelinding di permukaan yang licin, dan gerak pesawa erbang pada keinggian erenu. Namum keiga conoh di aas hanya erjadi dalam selang waku erenu. Apabila suau 8 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 9

9 benda dapa bergerak dengan kecepaan eap pada suau linasan garis lurus, maka dikaakan bahwa benda ersebu bergerak lurus dengan kecepaan konsan. Unuk lebih jelas mari kia liha penugasan 2 Kegiaan 1.2 KEGIATAN 1 Kecepaan s = v = Waku 1 keikan = 0,5 deik Waku 10 keikan Jarak empuh = 10 0,5 deik = 5 deik = 2 m Kecepaan roli = v = s 2 m = = 0,4 m/de = 0,4 m/de 5 de Tujuan: Menyelidiki gerak lurus berauran suau benda dengan menggunakan icker imer. Ala dan Bahan: 1. Sebuah icker imer 2. Beberapa balok kayu 3. Sebuah papan sebagai landasan 4. Sebuah roli 5. Sebuah guning Langkah-langkah Kegiaan: 1. Hubungkan roli dengan icker imer dan biarkan roli bergerak melinasi bidang linasan mendaar sambil menarik pia deik. 2. Amai hasil pada pia deik yang diperoleh. 3. Poonglah pia menjadi beberapa bagian yang sebangun dan empelkan keras ersebu berdam pingan sau dengan lainnya. Berdasarkan hasil yang diperoleh dalam kegiaan 1.2, dimana erdapa pola iik-iik yang sama anara sau dengan lainnya (Gambar 1.6), berari kecepaan keikan pada iap poongan adalah sama. Jadi, dapalah kia nyaakan bahwa dalam gerak lurus berauran kecepaan benda adalah eap, dan grafik kecepaan erhadap waku berbenuk garis lurus horizonal yang sejajar sumbu waku. v o Gambar 1.7 Grafi k kecepaan erhadap waku (v ) pada gerak lurus berauran (GLB) Kesimpulan: Gambar 1.5 Pola hasil keik icker imer unuk gerak pada bidang daar a. Perpindahan yang erjadi dienukan oleh panjang alur keikan pada keras icker imer b. Waku dienukan dari jumlah deik dalam pia keik c. Pola yang diunjukkan pada pia menunjukkan jenis gerak yang erjadi Hubungan anara nilai perpindahan (s) dan nilai kecepaan (v) dinyaakan dengan persamaan. s = v. Gambar 1.6 Perbandingan pola hasil icker imer unuk gerak pada bidang daar Unuk menghiung aau menggambarkan pola iik-iik pada keras icker imer ersebu diguna kan rumus kecepaan berdasarkan persamaan : Dimana merupakan perubahan waku. Berdasarkan persamaan di aas, gerak lurus berauran dengan kecepaan eap merupakan fungsi linier dan dapa dilukis dengan grafik sebagai beriku : 10 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 11

10 s lama makin cepa aau bisa disebu benda mengalami percepaan. Percepaan akiba pengaruh gaya seperi graviasi bumi cenderung konsan. Oleh karena iu gerak dimana benda dalam pengaruh suau gaya disebu sebagai gerak lurus percepaan konsan. Percepaan Conoh Soal: o Gambar 1.8 Grafik jarak erhadap waku (s ) pada gerak lurus kecepaan konsan Sebuah mobil meluncur dengan kelajuan eap, berdasarkan ala ukur speedomeer sebesar 90 km/jam, selama 15 meni. Berapa jarak yang diempuh selama selang waku ersebu? Jawab: V = 90 km/jam = 25 m/de = 15 meni = 720 deik S = V. = (25 m/de) 600 deik = m Benda yang bergerak lurus dengan kecepaan konsan berari kecepaannya eap (idak berubah sepanjang waku). Pada gerak lurus kecepaan konsan idak erjadi perubahan ke cepaan, maka nilai percepaan a = 0. Dalam kehidupan sehari-hari, kia akan kesulian me nemukan conoh gerak lurus dengan kecepaan konsan yang sebenarnya, karena adanya fak or gesekan di sekiar kia, seperi udara dan permukaan bidang gerak yang bersenuhan. Fakorfakor ersebu yang menyebabkan kecepaan gerak mengalami perubahan dan erjadi percepaan aau perlambaan pada benda yang bergerak ersebu. Beriku ini merupakan gerak di mana nilai percepaannya a 0 karena kecepaannya mengala mi perubahan Gerak Lurus Percepaan Konsan Berdasarkan percobaan gerak pada bidang mendaar dan gerak pada bidang miring, bisa diambil conoh gerak lurus dalam kehidupan sehari-hari. Gerak pada bidang daar seperi yang dibahas sebelumnya, menyebabkan erjadinya gerak dengan kecepaan yang cenderung eap aau disebu sebagai gerak lurus dengan kecepaan konsan. Semenara iu, gerak pada bidang miring, akiba dari pengaruh gaya graviasi bumi, kecepaannya mengalami perubahan makin Telah dibahas sebelumnya, bahwa sanga suli mencari beberapa conoh benda yang ber gerak dengan kecepaan eap. Secara umum hanya sediki benda yang dapa bergerak dengan ke cepaan eap pada suau linasan yang sanga panjang. Jika pada seiap selang waku erenu, benda mengalami perubahan kecepaan (berambah aau berkurang) aau arahnya berubah, maka boleh dikaakan bahwa benda mengalami perubahan kecepaan aau mengalami percepaan. Percepaan didefinisikan sebagai perubahan kecepaan erhadap waku. Percepaan dapa diulis menuru persamaan sebagai beriku. Dimana: a = percepaan Percepaan a = v - v 0 v = kecepaan seelah selang waku v 0 = kecepaan awal = selang waku erjadinya perubahan kecepaan Percepaan merupakan besaran vekor, oleh karena iu percepaan yang berharga posiif disebu percepaan dan yang berharga negaif disebu perlambaan. 1. Percepaan raa-raa Percepaan raa-raa adalah perubahan kecepaan dibagi dengan selang waku erenu. Unuk menghiung percepaan raa-raa, perlu dikeahui erlebih dahulu nilai kecepaan awal, nilai kecepaan akhir, dan selang waku. Dimana: v = kecepaan akhir (m/de) v 0 = kecepaan awal (m/de) = selang waku (deik) a = percepaan raa-raa (m/de 2 ) Percepaan raa-raa = a = v - v 0 12 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 13

11 2. Apa hubungan anara gerak lurus percepaan konsan dengan percepaan raa-raa? Dalam kehidupan sehari-hari sering kia jumpai beberapa conoh dari gerak lurus berubah berauran, bahkan kia dapa mengamai dengan mudah. Mobil aau kendaraan bermoor yang baru saja melaju dari keadaan berheni. Aau sebaliknya, kendaraan bermoor yang sedang melakukan pengereman unuk menghenikan laju kendaraan. Kia bisa melakukan percobaan dengan menggunakan kelereng yang digelindingkan pada bidang miring, maka kelereng ersebu akan mengalami percepaan karena kecepaannya berubah secara berauran menuru selang waku erenu. Jadi hubungan anara gerak lurus percepaan konsan dengan percepaan raa-raa adalah benda yang bergerak dalam linasan lurus dengan kecepaan yang berubah dalam selang waku erenu. KEGIATAN 2 Tujuan: Menyelidiki gerak lurus berubah berauran suau benda dengan icker imer. Ala dan Bahan: 1. Sebuah roli 2. Sebuah icker imer 3. Sebuah landasan balok 4. Balok kayu sebagai pengganjal Langkah-langkah Kegiaan: 1. Hubungkan roli dengan icker imer, 2. Miringkan landasan supaya kecepaan roli berambah akiba pengaruh graviasi 3. Luncurkan roli sambil menarik pia keik. 4. Ulangi langkah-langkah-langkah di aas Kesimpulan: 1. Jarak anara iik yang beruruan semakin jauh 2. Percepaan roli dapa dienukan dengan cara: Menenukan waku 1 kali keikan Waku 1 keikan = 0,5 deik Menenukan jarak iap iik Jarak iik 1 ke 2 = 2 cm Kecepaan = v = s = Jarak iik 2 ke 3 = 6 cm Kecepaan = v = s = Jarak iik 3 ke 4 = 10 cm Kecepaan = v = s = Dan seerusnya Percepaan roli = a = 2 0,5 de = 4 cm/de 6 = 12 cm/de 0,5 de 10 = 20 cm/de 0,5 de v - v 0 = ,5 = 16 cm/de 2 = 0,16 m/de 2 3. Gerak roli iu dapa diuraikan berdasarkan pia keik Tampak bahwa pada gerak lurus berubah percepaan konsan, kecepaannya berubah secara berauran menuru selang waku erenu. Gerak lurus berubah berauran dapa berupa gerak dipercepa yaiu makin lama kecepaannya berambah besar karena mengalami percepaan. Aau sebaliknya gerak diperlamba yaiu gerak yang kecepaannya semakin berkurang.karena mengalami perlambaan Dari persamaan percepaan: a = v - v 0-0 Hasil yang diperoleh: a. Pia keik yang diperoleh adalah seperi yang diunjukkan pada gambar. b. Jarak anara iik-iik beruruan semakin jauh, hal ini menunjukkan kecepaannya semakin besar. Gambar 1.9 Pola keikan pada gerak lurus percepaan konsan Umumnya waku mula-mula 0 = 0 sehingga : v v 0 = a Kecepaan pada waku yaiu dapa dinyaakan dengan: v = Kecepaan awal (m/de) v0 = Kecepaan pada deik (m/de) a = Percepaan (m/de 2 ) = waku (deik) 14 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 15

12 Jarak empuh unuk gerak lurus percepaan konsan, dapa dihiung dengan meninjau gambar di bawah v v Conoh Soal: Seorang pengendara sepeda moor pada deik perama mempunyai kecepaan 5 m/de dan pada deik kedua kecepaannya berubah menjadi 10 m/de. Tenukan percepaan raa-raa sepeda moor ersebu? v 0 Penyelesaian: s 0 = 0 deik ; V 0 = 0 1 = 1 deik ; V 1 = 5 m/de Gambar 1.10 Grafi k kecepaan erhadap waku: luas bidang yang diarsir merupakan jarak yang diempuh s 2 = 2 deik ; V 2 = 10 m/de Percepaan raa-raa: Pada gambar grafi k di aas, jarak empuh s merupakan hasil dari perkalian anara kecepaan dengan waku empuh. Oleh karena iu jarak empuh (s) merupakan luas bidang arsiran yang berbenuk rapezium, aau dapa dikaakan: a = v - v 0 = - 0 Conoh Soal: 10 m/de - 0 m/de 2 deik = 5 m/de 2 jarak empuh (s) = luas bidang arsiran (rapesium) s = ½ v 0. + ½ v. Jika dikeahui percepaan a = v - v 0, aau v = a. + v 0 Maka s = v 0. + ½ a. 2 aau s = ½ v v 0 a Dimana: s = Jarak empuh (m) v 0 = Kecepaan awal (m/de) v = Kecepaan awal (m/de) = waku (deik) a = percepaan (m/de 2 ) Dari persamaan di aas ampak bahwa jarak empuh s merupakan fungsi waku pangka dua. Persamaan gerak diperlamba berauran dapa diulis : S = v 0. - ½ a 2 Sebuah mobil dari keadaan diam, mengalami percepaan 2 m/de 2. Tenukanlah: a) Kecepaan mobil seelah bergerak selama 5 deik? b) Jarak empuh mobil seelah 5 deik? Jawab: Dikeahui a = 2 m/de 2 = 5 deik a. Kecepaan mobill seelah 5 deik V = V 0 + a. V = m/de 2 5 deik V = 10 m/deik Jadi seelah 5 deik, kecepaan mobil 10 m/deik b. Jarak seelah menempuh waku 5 deik S = V 0. + ½.a. 2 S = 0 + ½.(2).(5)2 S = (1).(25) S = 25 m Jadi seelah 5 deik jarak yang diempuh adalah 25 meer 16 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 17

13 Conoh Soal: Gambar beriku menunjukkan grafi k kecepaan erhadap waku (V-) dari gerak sebuah benda. v (m/de) s (deik) 5 Hiunglah: a. Kecepaan benda seelah 10 deik b. Perpindahan benda seelah 5 deik Dari gambar ersebu dikeahui V 0 = 40 m/deik V = 50 m/deik = 5 deik Percepaan a = (V V 0 )/. = (50 40)/ 5 = 2 m/de 2 a. Kecepaan benda seelah 10 deik V = V0 + a. V = x 10 V = 60 m/de Jadi seelah 10 deik kecepaan benda mencapai 60 m/de b. Perpindahan benda seelah 5 deik S = V 0. + ½ a. 2 S = (40)(5) + ½. 2.(5) 2 S = S = 225 m Perpindahan seelah 5 deik adalah 225 m. Conoh Lain Gerak Lurus Percepaan Konsan 1) Gerak Jauh Bebas Apakah gerak jauh bebas? Keika suau benda jauh dari keinggian erenu maka imbul beberapa peranyaan yang cukup mendasar. Apakah benda mengalami kelajuan eap aau dipercepa, apakah geraknya berganung pada benuk, ukuran aau warnanya. Arisoeles seorang filsuf berkembangsaan Yunani menjawab semua peranyaan di aas berdasarkan suau prinsip dimana seiap benda mempunyai empa alami dimana dia berada dan kemana ia pergi. Misalnya bau adalah benda bumi dan ia akan jauh ke arah permukaan bumi. Dari hasil percobaan oleh Galileo ( ) bahwa semua benda yang jauh bebas mempunyai percepaan yang sama pada empa yang sama dipermukaan bumi. Percepaan ini disebu percepaan graviasi dan diberi lambang dengan huruf (g) dengan nilainya berbeda unuk seiap empa di permukaan bumi. Gerak jauh bebas adalah salah sau conoh gerak lurus ber ubah berauran, dengan gerak yang dipercepa oleh per cepaan gravias bumi (g), dan anpa kecepaan awal (V o =0). Dalam kehidupan sehari-hari, gerak jauh bebas dapa diamai dari Gambar 1.10 Bola jauh bebas buah kelapa yang elah ua dan jauh dengan sendirinya dari baang pohon. Walaupun secara ideal gerak jauh bebas haruslah dalam ruang hampa (vakum), arinya idak ada gesekan anara benda dengan udara (anpa gaya apung) yang dapa menghamba gerak ersebu. Apakah massa benda berpengaruh erhadap gerak jauh bebas? Berdasarkan percobaan yang dilakukan Galileo di aas, berkesimpulan bahwa semua benda yang mengalami jauh bebas akan memiliki nilai percepaan yang sama. Arinya, gerak jauh bebas idak diperngaruhi oleh massa benda. Benda bermassa besar akan bergerak dengan percepaan yang sama dengan benda bermassa kecil, seperi bulu ayam dan kapas. Terjadinya perbedaan karena adanya gaya gesekan udara yang lebih besar erhadap bulu ayam dan kapas. Mengapa demikian? Agar gerak anara benda bera dengan yang ringan bisa diperbandingkan, maka harus dilakukan dalam ruang hampa. Sehelai bulu ayam dan sebuir kerikil dijauhkan dalam abung hampa udara akan menyenuh dasar abung pada saa bersamaan. 18 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 19

14 Conoh Soal: Sebuah benda jauh bebas dari keinggian (h) di aas anah. Waku yang diperlukan unuk menyenuh anah, dan kecepaan saa menyenuh anah dapa dihiung sebagai beriku. Dari persamaan GLBB: V = V 0 + a. S = V 0. + ½.a V = V o + 2 a S Karena S = h dan a = g, maka h = ½ g. 2 = waku unuk menyenuh anah Kecepaan pada saa menyenuh anah: V = V o + g. karena saa awal benda dalam keadaan diam, maka V o = 0 V = g. 2) Gerak Verikal ke Aas Apakah gerak verikal ke aas? Jika benda dilemparkan verikal ke aas, maka gerak benda akan diperlamba berauran (a = -g) hingga kecepaannya akan menjadi nol (V = 0), epa keika mencapai iik eringgi, kemudian kembali jauh bebas. Dengan menggunakan persamaan GLBB, keinggian yang diempuh dan kecepaannya dapa dienukan sebagai beriku: Dimana h = V o ½ g. 2 V = V o g. = (V o V )/g V 2 = V o 2 2.g.h Jika keinggian mencapai maksimum, maka V = 0 dan waku unuk mencapai keinggian mak simum ini adalah: V = V o g. = (karena V = 0) Sedangkan waku yang diperlukan unuk mencapai iik pelemparan mula-mula adalah : = 2. = 2v 0 g Conoh Soal: Dari keinggian 19,6 meer sebuah benda jauh bebas. Jika g = 9,8 m/de 2. hiunglah : a. Waku yang dbuuhkan saa benda menyenuh anah. b. Kecepaan benda saa menyenuh anah. Penyelesaian: Dikeahui: h = 19,6 m g = 9,8 m/de 2 a) 2 = 2.h/ g = 2. 19,6/9,8 = 4 deik 2 = 2 deik Waku unuk mencapai anah adalah 2 deik. b) V = g. = 9,8. 2 = 19,6 m/de V = 19,6 m/de Kecepaan saa menyenuh anah adalah 19,6 m/de. PENUGASAN 3 (a) Tenukan perbedaan gerak pada lanai mendaar dengan bidang miring. (b) Gambarkan perbedaan kurva grafik pada gerak mendaar dengan gerak meluncur di aas bi dang miring. Keerangan: Pengerian jarak dan perpindahan merupakan isilah yang sama dalam penggunaan sehari-hari, api berbeda dalam koneks fisika. Persamaannya pada perubahan posisi suau benda. Perbedaannya anara kedua isilah ersebu adalah jarak merupakan besaran skalar yang idak berganung arah, semenara perpindahan merupakan besaran vekor yang berganung arah. Dalam koneks ini idak perlu membedakan kedua isilah ersebu, karena mengenai vekor dibahas secara khusus di jenjang berikunya dan/aau pada pelajaran maemaika. Semenara iu waku merupakan besaran skalar dan idak berganung arah. Besarnya perpindahan/jarak empuh benda persauan waku didefi nisikan sebagai kecepaan aau kelajuan. Sekali lagi isilah kecepaan dan kelajuan merupakan isilah yang sama, namun beda dalam penggunaannya. Kecepaan merupakan besaran vekor yang berganung pada arah, semenara kelajuan merupakan besaran skalar yang idak berganung arah. Sekali lagi idak dibahas mengenai perbedaan ersebu dalam koneks pembahasan ini. 20 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 21

15 Penerapan Gerak Lurus Kecepaan Konsan dan Gerak Lurus Percepaan Konsan Amai abel dan grafi k pada bola yang meluncur di bidang miring. Amai grafik perpindahan erh adap waku, dan grafi k kecepaan erhadap waku. Kemudian ariklah garis lurus yang menghu bungkan iik-iik koordina pada grafi k kecepaan erhadap waku. Selanjunya arik kurva gra fi k kecepaan erhadap waku hingga mencapai waku 3 = 3 deik. Tenukan kecepaan v 1 pada saa 1 = 1 deik pada grafi k berdasarkan skala yang ada. Demikian juga unuk v 2 pada saa 2 = 2 deik, dan v 3 pada saa 3 = 3 deik, dan seerusnya. Misalnya pada abel beriku erulis Tabel kecepaan bola luncur di lanai mendaar No Jarak (meer) Waku (deik) Kecepaan (meer per deik) Bisa diliha pada conoh abel di aas di mana bola meluncur di lanai mendaar cenderung kecepaannya konsan. Namun jika bola meluncur di bidang miring, kecepaannya berambah secara konsan per sauan waku. Misalnya: deik perama 1, v 1 = 1 m/de, deik kedua 2, v 2 = 2 m/de, deik keiga 3, v 3 = 3 m/de, dan seerusnya. Maka dari conoh ersebu erliha bahwa seiap deiknya kecepaannya berambah 1 m/de. PENUGASAN 4 (a) Tenukan percepaan bola luncur pada bidang miring! (b) Apa yang menyebabkan bola di aas bidang miring dapa bergerak dari keadaan diam aau kecepaan v = 0, menjadi bergerak dengan kecepaan v 0? Keerangan: Benda yang bergerak dengan kecepaan yang berambah per sauan waku secara konsan aau berauran berari benda ersebu mengalami percepaan. Hal ini erjadi karena adanya gaya yang bekerja pada benda ersebu. Jika idak ada gaya yang bekerja pada benda, maka benda i dak akan bergerak (diam) aau bergerak dengan kecepaan konsan (idak berubah). Unuk menenukan nilai percepaan idaklah suli, jika benda mulai bergerak pada kecepaan awal v 0 = 0, misalnya bola yang meluncur di bidang miring pada percobaan sebelumnya. Namun sebelumnya perlu dikeahui kecepaan akhir pada benda v (yaiu kecepaan pada saa bola mencapai ujung lanai). Cara mengeahui kecepaan akhir v sebagai beriku. Pada saa benda mulai bergerak dari kecepaan v 0 = 0 hingga kecepaan akhir v di ujung jalan, dapalah dihiung kecepaan raa-raanya vraa-raa berdasarkan jarak empuh s per waku empuh. Berdasarkan hasil pengukuran sebelumnya jarak empuh s dan waku empuh sudah dikeahui. v raa-raa = s Berdasarkan nilai kecepaan raa-raa vraa-raa yang sudah dikeahui, bisa dicari nilai ke cepaan akhir v, jika kecepaan awal v 0 = 0. v raa-raa = v + v 0 2 aau v = 2 vraa-raa - v 0 v = 2 vraa-raa - 0 v = 2 vraa-raa Unuk mengeahui nilai percepaan a berdasarkan rumusan beriku a = v - v 0 dikeahui sebelumnya bahwa v 0 = 0, karena benda bergerak dari keadaan diam. v a = - 0 = dimana kecepaan akhir v sudah dikeahui dan waku empuh sudah diukur pada percobaan sebelumnya. Conoh Soal: Hasil pengamaan bola yang menggelinding dari keadaan diam di bidang miring mempunyai ja rak empuh hingga posisi akhir s = 1 m dengan waku empuh = 1 deik, maka kecepaan raa-raa v raa-raa = s v 1 m = = 1m/de 1 de 22 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 23

16 kecepaan akhir v juga bisa dihiung v = 2 v raa-raa + v 0 Jika benda bergerak dari keadaan diam maka kecepaan awal v 0 = 0, maka kecepaan akhir v = 2 v raa-raa = 2 x 1 m/de = 2 m/de 2. Pola grafik di bawah ini yang menunjukkan perubahan jarak erhadap waku unuk gerak yang yang mengalami percepaan adalah... a. s b. s Selanjunya percepaan a bisa dihiung v 2 m/de a = v - 0 = = = 2 m/de 1 de 2 PENUGASAN 5 c. s d. s (a) Tunjukkan beberapa conoh gerak di sekiar yang merupakan gerak lurus percepaan eap. (b) Sebukan salah sau ciri gerak lurus percepaan eap! EVALUASI 1. Pola grafi k di bawah ini yang menunjukkan perubahan jarak erhadap waku unuk gerak dengan kelajuan eap adalah... a. s b. s 3. Suau bola dari keadaan diam erjauh dari keinggian h = 20 m dalam waku = 2 deik, maka kecepaan raa-raa vraa-raa dan percepaannya adalah... a. 10 m/de, 5 m/de 2 b. 5 m/de, 5 m/de 2 c. 5 m/de, 10 m/de 2 d. 10 m/de, 10 m/de 2 4. Apa yang dimaksud dengan gerak lurus kecepaan konsan? Apa saja conoh gerak lurus kece paan konsan di lingkungan sekiar? 5. Apa yang dimaksud dengan percepaan? Apa saja conoh gerak benda yang mengalami per cepaan di lingkungan sekiar? Apa perbedaan anara percepaan raa-raa dengan perce paan konsan? c. s d. s 24 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 25

17 GERAK MELINGKAR Apa kah kia biasa merasakan seolah-olah ada gaya yang berusaha melempar kia ke arah luar linasan saa kendaraan yang kia umpangi melakukan gerakan membelok? Gaya akiba dari adanya gerak melingkar dirumuskan sebagai F = m v2 R v R m Gambar 2.2 Gerak melingkar Dimana: F = gaya yang bekerja pada benda saa melakukan gerak melingkar v = kecepaan benda saa bergerak melingkar R = jari-jari linasan gerak melingkar m = massa benda yang melakukan gerak melingkar Gambar 2.1 Mengapa keika di ikungan moor harus bergerak miring? Di samping gerak lurus, seperi yang elah kia bahas sebelumnya, di lingkungan sekiar kia erdapa juga gerak melingkar. Beberapa conoh gerak melingkar, seperi kendaraan bermoor yang sedang melewai ikungan, begiu juga roda yang sedang berpuar sebenarnya se dang mengalami gerak melingkar. Pada dasarnya, gerak melingkar merupakan gerak yang mem benuk linasan garis melingkar dengan jari-jari R dari pusa lingkaran. Semua benda yang sedang bergerak membelok, misalnya di suau ikungan, maka benda ersebu bergerak membenuk linasan melingkar. Dapakah Anda menyebukan beberapa conoh lain gerak melingkar? Suau kasus keadaan dimana erjadi gerak melingkar, maka yang perlu diperhaikan adalah massa benda (m) yang melakukan gerak melingkar dengan jari-jari (R) erhadap pusa lingkaran. Di samping iu juga kecepaan gerak (v) dapa memberikan pengaruh erhadap gerak linasan ersebu. Pengaruh apakah yang akan erjadi akiba dari gerak melingkar ersebu? Perama-ama, kia bisa mencoba merasakan keika kia berada dalam kendaraan yang sedang bergerak melingkar aau membelok di sebuah ikungan. Apa yang biasa kia rasakan? Apa ari dari persamaan di aas? Tampak bahwa gaya yang diimbulkan akiba gerak melingkar makin besar sacara kuadra, jika kecepaan gerak melingkarnya (v) berambah. Sebaliknya, gaya makin kecil jika jari-jari linasan gerak (R) berambah besar. Bagaimana penerapan pengeahuan kia mengenai gerak melingkar, agar gaya lempar yang diimbulkannya idak erlalu besar? Apa yang erjadi seandainya gaya lempar nilainya erlalu besar? Conoh Soal: Fadi mengemudikan sepeda moor di suau ikungan dengan jarak pada pusa linasan, aau jari-jari R = 4 m. Jika massa Fadi m1 = 60 kg dan massa sepeda moor m 2 = 140 kg, semenara kecepaan sepeda moor saa bergerak melingkar v = 36 km/jam. Berapa gaya lempar yang erjadi erhadap Fadi saa melakukan gerak melingkar ersebu? Jawab: Kecepaan v = 36 km/jam = m/3600 deik = 10 m/deik 26 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 27

18 Gaya erhadap Fadi: v 2 (10 m/de)2 F = (m 1 + m 2 ) = (60 kg kg) R 4 m = 200 kg 25 m/de 2 = joule Perhaikan bahwa gaya sebesar ini sanga besar!! Dengan gaya sebesar iu, seolah-olah ada beban sebesar 500 kg yang mendorong Fadi ke arah luar linasan melingkar. Kemungkinan besar Fadi akan erlempar dari sepeda moor ersebu karena idak ahan dengan beban sebesar iu. Bagaimana caranya agar Fadi lebih aman dalam melakukan gerak melingkar ersebu? PENUGASAN 1 (a) Diskusikan mengapa kia perlu memperlamba kendaraan jika melewai suau ikungan. (b) Diskusikan mengapa di suau jalan dengan ikungan yang cukup ajam, selalu diberi rambu agar berhai-hai. Percepaan Senripeal Pembahasan sebelumnya, kia elah mengeahui adanya gaya lempar saa kia di dalam ken daraan yang sedang melewai suau ikungan. Adanya gaya ersebu menunjukkan adanya per cepaan erhadap benda yang melakukan gerak melingkar. Oleh karena iu, adanya gaya lempar saa melewai suau ikungan menunjukkan bahwa benda yang melakukan gerak melingkar sebenarnya mengalami percepaan. Percepaan yang arahnya ke pusa lingkaran pada linasan melingkar ersebu, disebu sebagai percepaan senripeal. Semenara gaya lempar yang biasa kia rasakan saa melewai ikungan aau linasan melingkar, biasa disebu sebagai percepaan senrifugal. Besar percepaan senrifugal idak boleh lebih besar daripada percepaan senripeal. Mengapa demikian? Pada saa suau benda mengalami gerak melingkar, benda akan mengalami percepaan akiba dari gerak melingkar ersebu. Hal ini erjadi biarpun kecepaan gerak melingkar benda merupakan kecepaan eap (idak berubah). Benda yang mengalami gerak melingkar merupakan ben da yang adinya bergerak lurus, namun karena ada gaya lain yang menyebabkan erjadinya gerak melingkar. Gaya lain ersebu adalah gaya senripeal yang arahnya ke iik pusa linasan melingkar. Percepaan yang diimbulkannya disebu sebagai percepaan senipeal. Adanya percepaan ini imbul dari gerak benda yang melingkar, menyebabkan benda ersebu seolah-olah mengalami kecepaan yang berambah diliha dari iik pusa aau sumbu linasan melingkar. Unuk lebih jelasnya, perhaikan gambar beriku. θ θ R v 2 v 1 Keerangan: Sekedar informasi ambahan dan menginga kembali beberapa bahan sebelumnya bahwa adanya gaya yang bekerja pada suau benda, menyebabkan benda ersebu mengalami perce paan aau mengalami gerak dengan kecepaan yang berubah berauran. Gaya, dapa di rumuskan sebagai F = m. a Dimana: F = gaya yang bekerja erhadap suau benda m = massa benda yang mengalami gaya a = percepaan, aau kecepaan yang berambah secara berauran Gambar 2.3 Arah vekor kecepaan pada gerak melingkar Pada saa benda yang melakukan gerak melingkar berada pada posisi 1, kecepaan v erhadap sumbu lingkaran adalah v R = v sin θ, dimana θ = 0, jadi v R = v sin 0 = 0. Seelah benda melakukan gerak melingkar hingga berada pada posisi 2 membenuk sudu θ. Oleh karena iu sudu θ 0, dan kecepaan benda erhadap sumbu lingkaran adalah v R = v sin θ. Berdasarkan perbedaan posisi benda saa melakukan gerak melingkar, erdapa perbedaan kecepaan erhadap sumbu lingkaran, yaiu dari kecepaan v = 0 pada posisi 1, menjadi bernilai idak nol aau v 0 pada posisi 2. Percepaan yang erjadi anara posisi 1 dan posisi 2 ini disebu sebagai percepaan senripeal yang arahnya erhadap sumbu lingkaran. 28 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 29

19 Selanjunya, kia perlu mengeahui nilai percepaan senripeal ke arah sumbu lingkaran ersebu. Berdasarkan perubahan kecepaan dari posisi 1 (v 1 = 0) ke posisi 2 (v 2 0), dalam selang waku, maka dapa kia enukan percepaan senripeal ar sebagai beriku. a R = v v v v 2 = = Nilai v 2 maksimum erjadi pada saa sudu θ = 90 0 aau egak lurus erhadap sumbu jarijari lingkaran R dan diperoleh v 2 = v sin 90 0 = v, aau seara dengan kecepaan benda dalam melakukan gerak melingkar. Selanjunya percepaan senripeal menjadi a R = v Selanjunya, nilai selang waku dapa diperoleh berdasarkan jarak empuh benda erhadap sumbu jari-jari lingkaran R dengan kecepaan v, diperoleh = R v PENUGASAN 2 Gambar 2.4 Moor balap sedang melewai ikungan selalu dalam keadaan miring maka nilai percepaan senripeal menjadi a R = v 2 R (a) Diskusikan mengapa pengendara sepeda aau sepeda moor selalu memiringkan ken da raannya saa melinasi ikungan. (b) Diskusikan apa yang erjadi seandainya gaya senripeal lebih besar daripada gaya senrifugal. Bukikan!! Variabel a R merupakan percepaan senripeal, yaiu percepaan yang imbul akiba dari benda yang melakukan gerak melingkar. Arah percepaan senripeal ke sumbu lingkaran pada linasan gerak melingkar ersebu. Adanya percepaan pada gerak benda menunjukkan adanya gaya yang bekerja gerhadap benda ersebu. Gaya yang imbul akiba adanya percepaan senripeal disebu sebagai gaya senripeal. Di samping gaya senripeal, ada gaya senrifugal yang arahnya berlawanan dengan gaya senripeal. Gaya senrifugal inilah yang menyebabkan seolah-olah ada gaya lempar keika kia melewai suau ikungan dan melakukan gerak melingkar. Besar gaya senrifugal haruslah idak lebih besar daripada gaya senripeal. Jika gaya senrifugal lebih besar, maka benda yang melakukan gerak melingkar akan erpelaning keluar linasan melingkar. Conoh Soal: Pada suau jalan yang membenuk linasan melingkar dengan jari-jari R = 9 m. Berapa kecepaan maksimum yang diperbolehkan suau kendaraan agar idak melebihi percepaan senripeal sebesar 25 m/de 2? Jawab: Percepaan senripeal maksimum a R = v 2 R v 2 = a R. R v = a R R = 25 m/de 2 9 m = 225 m 2 /de 2 = 15 m/de Jadi kecepaan maksimum yang diperbolehkan adalah v = 15 m/de (aau 54 km/jam). 30 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 31

20 Penerapan Gerak Melingkar dalam Kehidupan Sehari-hari Gerak melingkar erdiri dari gerak melingkar dengan kecepaan eap (gerak melingkar berauran), seperi yang elah kia bahas sebelumnya, juga erdapa gerak melingkar dengan kecepaan yang idak eap (gerak melingkar berubah berauran). Kenyaaannya, conoh-conoh gerak melingkar dengan kecepaan idak eap (berubah berauran) cukup banyak di sekiar kia. Bahkan mungkin gerak melingkar dengan kecepaan berubah berauran lebih banyak erdapa di lingkungan sehari-hari. Hal ini karena gerak melingkar dengan kecepaan eap (gerak melingkar berauran) cenderung idak sabil. Tahukan Anda bahwa gerak edar bumi dan plane-plane lainnya dalam mengelilingi maahari merupakan gerak melingkar yang berubah berauran? EVALUASI Pilihlah sau jawaban yang benar dengan memberi anda silang (x) pada huruf A, B, C, dan D 1. Pola grafik di bawah ini yang menunjukkan gerak lurus benda berkecepaan konsan adalah... a. v b. v Berbagai gerak melingkar yang erdapa pada suau mesin juga menunjukkan gerak melingkar yang berubah berauran, misalnya gerak puaran kipas yang dipengaruhi oleh puaran mesin. Tampak bahwa pada puaran rendah, mesin kelihaan agar bergear aau bergoyang. Namun makin cepa puaran mesin makin kurang ampak adanya gerak melingkar yang idak berauran dan mesin ampak halus idak bergear. Hal lain ampak pada puaran gasing, makin cepa puaran gasing makin idak ampak adanya gerak melingkar yang idak berauran. Namun makin lamba puaran gasing, akan ampak bahwa ernyaa puaran gasing juga merupakan gerak melingkar berybah berauran. Dapakah Anda menemukan beberapa conoh gerak melingkar lainnya? Apakah ermasuk gerak melingkar berauran aau idak conoh gerak melingkar ersebu? c. v d. v PENUGASAN 3 2. Pola grafik di bawah ini yang menunjukkan gerak lurus benda yang mengalami percepaan konsan adalah... a. v b. v (a) Dengan menggunakan ali aau benang yang ujungnya diberi beban (usahakan beban yang seringan mungkin agar idak berbahaya bagi sekiarnya), puarkanlah beban ersebu secara perlahan membenuk gerak melingkar berauran dan idak berauran. (b) Cari dan kumpulkan berbagai conoh gerak melingkar di sekiar, seperi roda berpuar, kincir berpuar, jalan berkelok dan lainnya, sera enukan sebagai gerak melingkar berauran aau idak berauran. c. v d. v 32 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 33

21 3. Kesi berlari sepanjang jarak s = 100 m dan diukur waku empuhnya adalah = 12,5 deik, maka kecepaan raa-raa Kesi berlari adalah... a. 8 m b. 8 m/de c. 8 de/m d. 8 de 4. Suau bola meluncur dari keadaan diam pada suau bidang miring sepanjang s = 3 m, dan diukur waku empuhnya adalah = 1 deik, maka kecepaan akhir benda di ujung linasan adalah... a. 3 m/de b. 6 m/de c. 12 m/de d. 15 m/de 5. Percepaan bola yang bergerak dari keadaan diam di bidang miring sepanjang s = 3 m, yang diempuh dalam waku = 1 deik, adalah... a. 1 m/de 2 b. 3 m/de 2 c. 6 m/de 2 d. 12 m/de 2 6. Suau bola dari keadaan diam erjauh dari keinggian h = 5 m di aas permukaan anah. Jika erukur membuuhkan waku = 1 deik saa menyenuh anah, maka kecepaan saa menyenuh anah dan percepaan bola beruru-uru adalah... a. 5 m/de, 5 m/de 2 b. 10 m/de, 5 m/de 2 c. 5 m/de, 10 m/de 2 d. 10 m/de, 10 m/de 2 7. Gerak melingkar merupakan gerak benda yang membenuk lingkaran berpusa pada suau sumbu yang berjarak R dari sumber gerak, dimana makin besar jarak R, maka... a. Makin kecil bera benda b. Makin besar massa benda c. Makin besar kecepaan benda d. Makin kecil gaya senripeal 8. Seorang siswa bermassa 60 kg mengendarai moor bermassa 180 kg dengan kecepaan 36 km/jam melalui ikungan berjari-jari R = 10 m. Gaya senripeal yang bekerja sebesar... a newon b newon c newon d newon 9. Jika gaya senripeal lebih besar daripada bera benda ersebu, maka benda akan erpenal. Tenukan kasus di bawah ini apakah benda akan erpenal aau idak: Sebuah mobil bermassa 800 kg meluncur dengan kecepaan 90 km/jam pada ikungan berjari-jari R = 5 m. Gaya senripeal yang bekerja dan keadaan yang erjadi pada mobil adalah... a N, idak erpenal b N, idak erpenal c N, erpenal d N, erpenal 10. Beberapa hal yang perlu diperhaikan agar kia bisa melaju melewai suau ikungan secara aman, kecuali... a. Kecepaan diperlamba b. Beban idak berlebihan c. Diameer ban diperbesar d. Jari-jari linasan diperbesar Isilah iik-iik di bawah ini secara singka dan epa 1. Perbedaan anara gerak lurus kecepaan konsan dengan gerak lurus percepaan konsan adalah Benda yang mengalami kecepaan konsan, maka nilai percepaannya adalah Benda yang mengalami kecepaan konsan, maka nilai gaya yang bekerja pada benda ersebu adalah Suau bola dari keadaan diam meluncur pada bidang miring sepanjang 2 m dalam waku = 1 deik, memiliki kecepaan raa-raa dan percepaan sebesar Percepaan senripeal adalah... Jawablah peranyaan di bawah ini secara sngka dan epa 1. Mengapa gerak lurus kecepaan konsan memiliki kecepaan yang eap (idak berubah)? 2. Mengapa benda yang mengalami gerak lurus kecepaan konsan idak memiliki gaya? 3. Apa yang menyebabkan suau benda yang mengalami gerak lurus percepaan konsan memi liki kecepaan yang berubah secara eraur? 4. Mengapa ada percepaan pada suau gerak berkecepaan eap yang melalui linasan melingkar? 5. Bagaimana cara agar gaya senripeal akiba gerak melingkar bisa dikurangi? 34 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 35

22 GERAK DAN GAYA Jadi gaya bisa diarikan sebagai kuaan yang mampu menarik buah ke- apel iu bergerak jauh ke bumi. Oleh karena iu, secara umum bi sa di arikan bahwa adanya gaya erhadap suau ben da menyebabkan benda iu bergerak. Da pakah Anda menunjukkan beberapa conoh adanya gaya yang menyebabkan bendabenda di sekiar bergerak? Conohnya Anda bergerak dengan n e- Gambar 3.2 Apel jauh dari pohon cara berjalan aau berlari aau jenis gerak lainnya di sebabkan oleh gaya dari ubuhmu. Orang yang sedang bersepeda ber gerak akiba dari gaya yang ada pada kaki orang iu keika mengayuh pedal sepeda. Mobil dan moor bergerak akiba ada nya gaya pada mesin aau moor ersebu. Beberapa benda dari besi dapa diarik magne akiba adanya gaya dari magne ersebu yang disebu gaya magne. Lalu, gaya apa yang menyebabkan buah apel bergerak jauh ke bawah? Gaya yang menyebabkan buah apel iu jauh adalah gaya graviasi bumi. Apa lagi conoh gaya yang bisa Anda unjukkan di sekiarmu? Gambar 3.1 Gerak dan gaya merupakan gejala alam yang saling berkaian Dalam pembahasan mengenai gerak, eruama pada gerak lurus percepaan konsan, maka kia juga sebenarnya membahas enang gaya. Mengapa gaya berhubungan dengan gerak lurus percepaan konsan? Kenyaaannya adalah gaya dengan gerak ernyaa idak bisa di pisahkan sau dengan lainnya, akan kia bahas bersama dalam bab ini. Selanjunya, apa yang dimaksud dengan gaya? Apa hubungan anara gaya dan gerak? Peranyaan ini merupakan peranyaan mendasar bagi kia unuk mengeahui fenomena gerak. Pada abad 17, seorang ilmuwan asal Inggris bernama Isaac Newon ( ) berhasil men je laskan fenomena ersebu. Awalnya erjadi keika Newon masih kecil merasa akjub keika meliha buah apel di kebunnya erjauh dari pohon. Gerak jauh bebas buah apel iu menimbulkan peranyaan pada diri Newon kecil iu. Apa yang menyebabkan buah apel iu bergerak ke bawah? Kekuaan apa yang menyebabkan apel iu erarik ke bawah? Isilah kekuaan dalam bahasa Inggris adalah force. Dalam isilah bahasa Indonesia kekuaan ini diarikan sebagai gaya. Gambar 3.3 Gerak benda di sekiar karena adanya gaya 36 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 37

23 Gaya Senuh dan Gaya Tak Senuh Gaya, berdasarkan sifanya, dapa dibedakan menjadi gaya senuh dan gaya ak senuh. Gaya senuh adalah gaya yang bekerja pada benda melalui senuhan langsung erhadap benda ersebu. Sedangkan gaya ak senuh adalah gaya yang bekerja pada benda anpa melalui senuhan erhadap benda ersebu. Dapakah Anda menunjukkan conoh-conoh gaya yang ermasuk gaya senuh? Juga conoh-conoh gaya yang ermasuk gaya ak senuh? Pada waku Anda berjalan aau berlari, oo pada kaki Anda menghasilkan gaya yang menggerakkan ubuhmu hingga bisa berjalan aau berlari. Oleh karena iu gaya yang dihasilkan dari konraksi oo disebu sebagai gaya oo. Menuru Anda ermasuk gaya senuh aau gaya ak senuh gaya oo ini? Oo pada kaki ini menempel pada ulang kaki. Pada saa oo berkonraksi, ulang kaki iku bergerak, dan kaki Anda melakukan gerakan berjalan aau berlari. Hal ini berlaku juga pada oo lainnya, seperi oo angan. Karena sifanya yang bersenuhan langsung dengan ulang yang melakukan gerakan, maka gaya oo yang menyebabkan gerakan berjalan dan berlari ersebu bisa digolongkan sebagai gaya senuh. Beberapa benda di sekiar kia bisa bergerak anpa melalui senuhan. Gaya yang dapa menggerakkan benda anpa melalui senuhan biasa disebu sebagai gaya ak senuh. Beberapa conoh dianaranya adalah benda jauh bebas. Seiap benda di aas permukaan bumi mengalami gaya arik bumi dan akibanya akan cenderung jauh ke bawah (ke arah bumi). Gaya arik bumi idak dapa kelihaan oleh maa kia, eapi kia dapa meliha bahwa seiap benda selalu jauh ke 'bawah'. Karena idak ampak senuhan gaya arik ersebu erhadap benda, maka gaya arik bumi bisa digolongkan sebagai gaya ak senuh. Dapakah Anda menunjukkan conoh-conoh gaya lain dan menggolongkannya sebagai gaya senuh aau gaya ak senuh? Unuk menjawab peranyaan ini, lakukan kegiaan beriku. KEGIATAN 1 Amai segala macam gerak di sekiar Anda dan enukan gaya yang bekerja pada benda er sebu sebagai gaya oo, gaya mesin, gaya pegas/kare, gaya arik bumi, gaya lisrik, dan ga ya magne. Bualah dafar berupa abel seperi di bawah ini, berdasarkan hasil pengamaan Anda erhadap segala macam jenis gerak dan gaya ersebu. Golongkan berbagai macam gaya ersebu sebagai gaya senuh aau ak senuh, dan caakan ke dalam abel. Jenis Gerak Jenis Gaya Gaya Senuh Gaya Tak Senuh Berjalan Gaya oo v - Berlari Gaya oo.. bersepeda... Benda jauh.... Gaya lisrik... Gaya magne Berdasarkan abel di aas, gaya bisa digolongkan dalam berbagai jenis. Namun pada prinsipnya semua gaya iu mempunyai karakerisik yang sama, yaiu mampu menggerakkan benda dari keadaan diam. Dapakah Anda menyebukan karakeriik lainnya dari gaya? Gambar 3.4 Gaya senuh Hukum Newon Mengenai Gerak S N N Gambar 3.5 Gaya ak senuh Apa yang dimaksud dengan gerak? Apa hubungannya dengan gaya? Sir Isaac Newon, seorang ilmuwan Inggris pada abad 17, menyaakan beberapa hal mengenai gerak yang menjadi hukum mengenai gerak yang erdiri dari iga hukum. Hukum perama Newon menyaakan bahwa: Sebuah benda akan diam aau bergerak dengan kecepaan eap (konsan) selama idak ada gaya yang bekerja erhadap benda ersebu S 38 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 39

24 Pernyaaan perama Hukum Newon menjelaskan bahwa benda yang idak mengalami gaya, berari benda ersebu berada dalam keadaan idak bergerak (aau kecepaan v = 0), aau benda yang idak lagi mengalami gaya (seelah sebelumnya pernah mengalami gaya) akan cenderung mengalami gerak lurus kecepaan konsan dengan kecepaan eap. Conohnya sebuah bola, akan diam selama idak ada gaya yang bekerja pada bola ersebu. Agar bola erebu bergerak, maka kia harus menendang aau menyodok bola ersebu. Akibanya, bola mengalami gaya berupa dorongan dan akan bergerak dengan kecepaan yang berubah, yaiu dari keadaan diam saa belum dipengaruhi gaya aau v = 0, hingga bola mencapai kecepaan erenu yang idak nol aau v 0. Selanjunya, bola yang sudah bergerak dengan kecepaan erenu ersebu idak lagi dalam pengaruh gaya saa endangan aau sodokan erhadap bola ersebu lepas. Saa bola idak lagi mengalami gaya, bola eap bergerak dengan kecepaan eap dari kecepaan akhir sebelumnya saa bola masih mengalami gaya. Hukum kedua Newon menyaakan bahwa: Benda yang mengalami gaya akan mengalami percepaan yang besarnya sebanding dengan besar gaya ersebu, namun berbanding erbalik dengan massa benda, aau diulis: F = m a Dimana: F = gaya, m = massa, a = percepaan Berdasarkan pernyaaan di aas, mempunyai pengerian bahwa makin besar gaya, benda mengalami percepaan yang makin besar pula. Adanya gaya menyebabkan benda mengalami gerak lurus dengan percepaan konsan. Pernyaaan hukum kedua Newon ini menjelaskan adanya hubungan ak erpisahkan anara gaya dan percepaan dengan gerak lurus percepaan konsan. Adanya gaya erhadap suau benda menyebabkan benda ersebu mengalami percepaan yang menyebabkan benda bergerak secara lurus dengan kecepaan yang berubah (makin lama makin cepa) secara berauran. Keerangan: Dalam beberapa kasus, idak semua gaya menyebabkan suau benda bergerak makin lama makin cepa. Gaya lainnya bisa menyebabkan suau benda kecepaannya makin lama makin perlahan, dan lalu berheni. Misalnya gaya gesekan. Arah gaya gesekan selalu berlawanan dengan arah gerak benda. Akibanya gaya gesekan selalu membua kecepaan benda makin lama makin perlahan, selanjunya berheni. Gambar 3.6 Bola melambung pada permainan bola dapa menenukan kemenangan Arah gaya gesek selalu berlawanan arah gerak benda Pada conoh di aas, gaya yang bekerja pada bola melalui endangan/dorongan hanya berlangsung singka, namun hal iu cukup unuk menggerakkan bola iu. Adanya gaya menimbulkan gerak pada bola ersebu hingga mengalami gerak lurus dengan percepaan konsan, yaiu dari keadaan diam aau v = 0, menjadi mempunyai kecepaan aau v 0. Saa gaya idak lagi mempengaruhi, bola ersebu mengalami gerak lurus kecepaan konsan. Gaya gesek benda Arah gerak benda Peranyaan berikunya, apa yang menyebabkan bola mengalami gerak lurus dengan percepa an konsan? Mari kia lanjukan pada hukum Newon berikunya. Gambar 3.7 Gaya gesekan selalu berlawanan dengan arah benda 40 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 41

25 Hukum keiga Newon menyaakan bahwa: Pada seiap aksi berupa gaya yang bekerja pada suau benda, akan menimbulkan reaksi berupa gaya yang besarnya sama, namun arahnya berlawanan. Pernyaaan di aas bisa dijelaskan misalnya saa Anda berada di dalam kendaraan bermoor yang baru bergerak dari keadaan diam. Pada sa a kendaraan bergerak maju, seolah-olah ada gaya dorong yang mendorong Anda ke arah sebaliknya dari arah maju kendaraan. Begiu juga se baliknya, pada saa kendaraan memperlamba kecepaan akiba adanya gaya yang menghamba gerak kendaraan (arah gaya berlawanan dengan arah gerak kendaraan), seolah-olah ada gaya yang mendorong Anda ke depan. Gaya Reaksi Gaya Reaksi Gaya Aksi Gaya Reaksi Hubungan Gaya dengan Gerak Pembahasan berikunya akan membanu pemahaman kia enang gejala gerak pada benda, dalam hubungannya dengan gaya. Adanya gaya, menyebabkan suau benda bisa bergerak dari keadaan diam. Arinya jika idak ada gaya, maka idak mungkin benda-benda sekeliling kia bisa bergerak. Padahal kalau kia amai, hampir seluruh benda di sekiar kia selalu bergerak! Mengenai gerak, khususnya gerak lurus, kia sudah mengeahui dari pembahasan sebelumnya, bahwa gerak erdiri dari gerak lurus kecepaan konsan dan gerak lurus percepaan konsan. Pada dasarnya, dalam kehidupan sehari-hari, sanga suli meliha adanya benda yang mengalami gerak lurus kecepaan konsan karena adanya gesekan dari lingkungan sekiarnya. Misalnya gesekan dari lanai (saa benda bergerak di aas lanai) dan udara di sekiar benda yang bergerak. Adanya gesekan ini menyebabkan benda di sekiar kia selalu mengalami perlambaan, aau kecepaan benda cenderung melamba dan akhirnya berheni. Gaya gesekan juga merupakan gaya yang besarnya selalu negaif (berlawanan arah dengan arah gerak benda), karena bersifa melambakan gerak benda. Oleh karena iu, gaya gesekan menimbulkan perlambaan pada benda, bukan percepaan. Adanya gaya gesekan yang menimbulkan perlambaan ini hampir idak dapa dihindari dalam kehidupan kia sehari-hari, eruama karena adanya udara di sekiar kia yang selalu mengelilingi kia. Mengenai hubungan anara gaya dengan gerak lurus percepaan konsan, dapa digambarkan melalui adanya percepaan, karena benda yang mengalami percepaan, kecepaannya berambah makin lama makin cepa. Menuru Sir Isaac Newon, seorang ilmuwan Inggris, hubungan anara gaya dengan percepaan diulis sebagai: Gaya Aksi Dimana: F = gaya, a = percepaan, dan F = m. a Gaya Aksi Gambar 3.8 Gaya aksi dan gaya reaksi Jadi, pada dasarnya, adanya aksi gaya, selalu diikui dengan adanya reaksi berupa gaya yang nilainya sama besar namun arahnya berlawanan, aau dapa diulis: aksi = - reaksi Dapakah Anda menunjukkan conoh-conoh lain di sekiar kia berkaian dengan hukum ke-3 Newon ersebu? m = massa. Sauan gaya dinyaakan sebagai Newon. Misalnya 1 Newon seara dengan besarnya gaya unuk menggerakkan benda bermassa 1 kg hingga benda ersebu bergerak dengan mengalami percepaan sebesar 1 m/de 2. Berdasarkan rumusan di aas, dapa dijelaskan bahwa makin besar massa benda (m), maka makin besar gaya (F) yang dibuuhkan unuk menggerakkan benda ersebu. Begiu juga makin besar percepaan (a) yang dialami benda, berari makin besar gaya yang bekerja erhadap benda ersebu. 42 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 43

26 Conoh Soal: 1. Suau benda bermassa m = 1 kg mengalami gaya yang menyebabkan benda mengalami perce paan sebesar a = 1 m/ de². Berapa gaya yang bekerja pada benda? Jawab: F = m. x a = 1 kg x 1 m/ de² = 1 Newon 2. Kelereng bermassa 15 gram bergerak menggelinding pada bidang miring. Akiba pengaruh graviasi pada bidang miring ersebu, kelereng mengalami percepaan 1 m/de². Berapa gaya yang bekerja pada kelereng ersebu? Jawab: Massa kelereng m = 15 gram = 0,015 kg Percepaan erhadap kelereng a = 1 m/de² Maka gaya yang bekerja pada benda F = m.a = 0,015 kg x 1 m/ de² = 0,015 Newon 3. Jika bola bermassa 1 kg, dalam keadaan diam didorong dalam waku 1 deik hingga mencapai kecepaan 3 m/de, berapa besar gaya yang bekerja pada bola ersebu? Jawab: Massa bola m = 1 kg, Keerangan: Ala ukur yang digunakan unuk mengukur gaya adalah neraca pegas. Prinsip kerja dari neraca pegas ialah gaya yang bekerja pada benda yang hendak diukur, diperbandingkan dengan gaya pegas aau per (bisa juga kare) yang erdapa pada neraca pegas. Penggambaran Gaya Gambar 3.9 Neraca pegas Penggambaran gaya, seperi juga pada pengambaran gerak, biasanya menggunakan anda panah. Tanda panah ini menggambarkan nilai dan juga arah gaya pada benda. Pada suau benda dengan anda panah ke arah uara, maka yang dimaksud benda iu mengalami gaya ke arah uara. Begiu juga jika anda panah pada benda mengarah ke selaan, maka benda iu mengalami gaya ke arah selaan. Tidak mungkin suau gaya pada benda mengarah ke uara, api benda bergerak ke arah selaan, aau ke arah lainnya. Dengan menggunakan keras berpeak, Anda bisa menggambarkan besar gaya yang bekerja pada suau benda. Misalnya gaya sebesar 3 newon mengarah ke kanan, maka digambarkan suau garis lurus ke arah kanan sepanjang 3 peak. Karena gaya 3 newon digambarkan dengan 3 peak garis, maka skala yang digunakan Waku = 1 deik, Kecepaan awal v A = 0 Kecepaan akhir v B = 3 m/de v Maka besar percepaan : B - v A 3 m/de - 0 a = = = 3 m/de 1 deik 2 dan besar gaya yang bekerja pada bola : F = m. x a = 1 kg x 3 m/de² = 3 Newon Perhaikan bahwa besaran gaya (sauannya Newon) ernyaa erdiri dari beberapa besaran, seperi massa dan percepaan. Semenara besaran percepaan juga erdiri dari beberapa besaran, seperi besaran panjang (sauannya meer) dan besaran waku (sauannya deik). 3 newon 3 peak = 1 newon 1 peak arinya: skalanya 1 : 1 aau 1 peak garis sebanding dengan gaya sebesar 1 newon. Keerangan: Sauan gaya adalah Newon, sebagai penghargaan bagi Sir Isaac Newon yang berhasilkan merumuskan konsep enang gaya. Di samping memiliki besaran, gaya juga mempunyai arah. Gaya sebesar 3 newon (diulis 2 N) ke arah kanan, digambarkan dengan suau anda panah sepanjang 3 peak ke arah kanan. Begiu juga gaya 5 newon ke arah kiri digambarkan dengan anda panah sepanjang 5 peak ke arah kiri. Gaya 4 newon ke arah aas digambarkan dengan anda panah 4 peak ke arah aas. Gaya 2 newon ke bawah digambarkan dengan anda panah 2 peak ke arah bawah. Skala yang digunakan adalah 1 : 1, aau unuk 1 peak sebanding dengan gaya sebesar 1 N. 44 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 45

27 Gaya 3 N Gaya 5 N Gaya 4 N Gaya 2 N bekerja pada benda ersebu sebesar 7 N ke arah yang sama. Berapa resulan gaya aau hasil penjumlahan gaya-gaya ersebu? Jawab: ke kanan ke kiri ke aas ke bawah Gaya ke kanan F 1 = 5 N Gaya ke arah yang sama F 2 = 7 N Maka resulan gaya F R = F 1 + F 2 PENUGASAN 1 F R = 5 N + 7 N F R = 12 N ke Arah kanan (a) Gambarkan beberapa gaya seperi beriku, 5 N, 10 N, 15 N, 20 N, 30 N masing-masing ke arah kanan dan aas pada keras berpeak. Skala yang digunakan adalah 1 : 5 (b) Gambarkan gaya ke aas sebesar 10 N lalu bersambung dengan gaya ke kanan sebesar 25 N, dan selanjunya gaya ke bawah 30 N dan ke kiri 5N. Penggambaran menggunakan Skala yang digunakan adalah 1 : 5 dan 1 : 10. Conoh di aas mengenai resulan gaya bisa digambarkan sebagai seseorang yang mendorong meja dengan gaya sebesar 5 N, kemudian emannya daang menolong mendorong meja ersebu dengan gaya sebesar 7 N ke arah yang sama. Maka pada meja ersebu bekerja gaya yang besarnya merupakan hasil penjumlahan dari gaya kedua orang ersebu dalam mendorong meja, yaiu 5 N + 7 N = 12 N. LATIHAN 1 F 2 F 1. Apa hubungan gaya dengan gerak? 2. Apa hubungan anara gaya dengan percepaan? 3. Berapa besar gaya pada benda bermassa 5 kg yang mengalami percepaan sebesar 10 m/ de 2? 4. Berapa besar gaya pada benda bermassa 1 kg yang bergerak dari keadaan diam hingga kecepaan 10 m/de dalam selang waku 1 deik? 5. Bagaimana kia menggambarkan besar dan arah gaya pada lembar keras berpeak? A. Resulan Gaya Resulan gaya merupakan hasil penjumlahan dari beberapa gaya yang bekerja pada suau benda. Gambar 3.40 Adanya gaya diunjukkan melalui anda panah yang menunjukkan besar dan arah gaya Sebelumnya elah dibahas bahwa besar gaya sebanding dengan percepaan aau gerak lurus berubah berauran(glbb). Begiu juga, elah dibahas bahwa gerak selalu mempunyai arah. Oleh karena iu gaya juga selalu mempunyai arah. Salah sau conoh unuk menjelaskan enang arah gerak ialah jika Anda mengamai permain an kelereng. Unuk lebih jelasnya bisa lakukan kegiaan beriku. KEGIATAN 2 Conoh Soal: Pada suau benda, bekerja gaya sebesar 5 N ke arah kanan. Kemudian ada gaya lain yang Ambillah dua buah kelereng selanjunya kia beri nama kelereng A dan kelereng B. Kelereng A diumbukkan ke kelereng B, amai hasil umbukan. Apakah arah gerak kedua 46 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 47

28 kelereng ersebu sama saa sebelum dan sesudah umbukan? Ulangi beberapa kali umbukan anara kedua kelereng ersebu. Selanjunya umbukkan sebuah kelereng ke dinding yang keras. Amai arah kelereng sebelum dan sesudah umbukan Apakah menuru Anda arah gerak kelereng selalu sama sebelum dan sesudah umbukan? Bagaimana Anda menjelaskan hal ersebu? Unuk menggambarkan besar dan arah gaya pada kelereng kia bisa menggunakan diagram gaya seperi di bawah ini PENUGASAN 2 (a) Jumlahkan resulan gaya dari 5 buah gaya, dimana gaya yang ke kiri sebesar 5 N, 8 N, dan 12 N, semenara gaya ke kanan masing-masing sebesar 10 N dan 15 N. (b) Gambarkan 4 buah gaya yang berlawanan arah pada keras berpeak, yaiu 5 N ke kanan, 10 N ke kiri, 15 N ke aas dan 20 N ke bawah. Diskusikan dengan eman Anda berapa resulan dari keempa gaya ersebu. B Soal laihan LATIHAN 2 A B Kelereng A menumbuk B A Gambar 3.41 C Kelereng C memanul dari embok Pada gambar di aas ampak bahwa kelereng seelah mengalami gaya arahnya bisa berubah dan idak selalu segaris lurus. Hal ini akiba adanya gaya lain yang arahnya idak segaris lurus dengan gaya perama. Bagaimana jika gaya-gaya pada kelereng iu segaris lurus? Jika ada gaya segaris api arahnya berlawanan dianggap bernilai negaif. Conoh: kelereng A seelah mengalami gaya menumbuk kelereng B. Jika kelereng A seelah umbukan langsung berheni (diam), maka gaya yang adinya di kelereng A berpindah ke kelereng B dengan arah yang sama. A A bergerak B B diam A B A dan B berumbukan Gambar 3.42 A A jadi diam B C B bergerak Dari kegiaan yang sebelumnya elah kia lakukan menunjukkan bahwa gaya mempunyai arah dan besar resulan gaya merupakan jumlah dari semua gaya ersebu 1. Apa yang dimaksud dengan resulan gaya? 2. Mengapa unuk mengukur dan menghiung gaya, idak hanya besarnya yang perlu dikeahui, api juga arah gaya? 3. Menuru Anda samakah gaya 20 N dimana yang sau mengarah ke kanan, sedang yang lain mengarah ke kiri? 4. Berapa resulan gaya dari 4 buah gaya, masing-masing sebesar 5 N, 10 N, 15 N, dan 20 N, pada arah yang sama? 5. Berapa resulan gaya dari 4 buah gaya, yang mengarah ke kanan sebesar 5 N dan 15 N, sedang yang mengarah ke kiri sebesar 10 N dan 20 N? Bandingkan hasil ini dengan hasil pada no.4 di aas. Mengapa erjadi perbedaan anara hasil no.5 dengan no.4 di aas padahal ke-4 gaya ersebu nilainya sama? B. Gaya Gesekan Pada semua benda yang mengalami gaya di lingkungan sekiar kia, suli unuk dihindari adanya gaya gesekan pada benda ersebu. Gaya gesekan iu biasanya berupa hambaan udara dari lingkungan kia, api bisa juga karena benda yang bergerak ersebu bergesekan dengan lanai. Kenyaaan yang idak dapa disangkal bahwa semua benda yang bergerak selalu berada di udara hingga selalu ada gesekan udara pada semua benda ersebu. Gaya gesekan ersebu selalu bersifa negaif, karena bersifa memperlamba gerak benda dan oleh karena iu arahnya selalu berlawanan arah dengan arah gerak benda. Kia dapa menggambarkan adanya gaya gesekan erhadap gerak benda seperi beriku. 48 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 49

29 f g Dimana: F = gaya yang bekerja pada benda f g = gaya gesekan yang erjadi pada benda F F f g Jawab: Benda bisa eap bisa bergerak dengan gaya 1,5 N dalam kondisi benda sudah bergerak, karena gesekan kineisnya lebih kecil daripada gaya yang bekerja pada benda. Dalam kondisi diam, gaya sebesar 1,5 N idak cukup unuk menggerakkan benda karena gesekan saisnya lebih besar (yaiu 2 N). D. Gaya Gesekan pada Kehidupan Sehari-hari Keerangan: Sebelumnya elah dibahas mengenai kemungkinan adanya gaya yang searah dan juga yang berlawanan arah. Conoh adanya gaya yang selalu berlawanan arah dalam kehidupan sehari-hari adalah gaya gesekan. Adanya gaya gesekan menyebabkan benda yang bergerak, perlahan-lahan berheni. Conohnya bola yang meluncur di lanai daar, lama kelamaan akan berheni akiba adanya gaya gesekan. Gesekan pada bola erjadi dengan lanai dan hambaan udara (gesekan akiba adanya hambaan udara biasanya diabaikan). Besarnya gaya gesekan berganung pada permukaan benda yang bergesekan. Pada permukaan yang kasar, cenderung gaya gesekan lebih besar daripada permukaan licin. Beberapa gaya gesekan ada yang mengunungkan dan ada yang merugikan. Sebagai awal dari kegiaan ini, bualah dafar berupa benda-benda yang bergesekan di se kiar, misalnya sol sepau dengan lanai, ban mobil dengan jalan, roda dengan porosnya, dan lainnya. C. Gesekan Sais dan Gesekan Kineis Gaya gesekan yang bekerja pada benda dibedakan menjadi gesekan sais dan gesekan kineis. Gesekan sais (diulis f s ) merupakan gesekan pada saa benda mulai bergerak. Sesuai de ngan hukum Newon perama yang menyaakan bahwa benda cenderung diam aau bergerak dengan kecepaan eap. Pada saa benda diam dibuuhkan gaya awal yang cukup besar agar benda bisa bergerak. Ini yang disebu gesekan sais. Selanjunya, seelah benda ber gerak, gaya gesekan menjadi lebih kecil daripada gesekan sais. Ini yang diebu gesekan kineis (diulis f k ). Mengapa gesekan kineis selalu lebih kecil daripada gesekan saisnya? Adanya gaya gesekan ini menyebabkan dibuuhkannya gaya yang lebih besar unuk menggerakkan benda. Se bagian gaya yang dihasilkan mesin mobil dan moor habis erpakai unuk mengaasi adanya gaya gesekan pada mesin, walaupun mesin mobil dan moor sudah menggunakan oli pelumas yang berujuan mengurangi gesekan. Begiu juga saa Anda berjalan, Anda akan menemui hambaan berupa udara. Apalagi jika angin beriup ke arah yang berlawanan, menyebabkan Anda harus mengeluarkan gaya yang lebih besar lagi unuk berjalan. Gambar 3.43 Sol sepau dan ban mobil empa erjadinya gesekan Jadi adanya gesekan menimbulkan banyak energi yang erbuang. Oleh karena iu gesekan iu perlu dihilangkan, paling idak dikurangi sebesar mungkin. Manusia berusaha unuk mengurangi gesekan ini, misalnya melalui adanya oli pelumas pada mobil unuk memperlicin beberapa permukaan yang bergesekan pada mesin. Benuk mobil juga dirancang aerodinamis (bisa menyesuaikan dengan aliran udara) agar mampu mengurangi gesekan dengan udara. Disamping kerugian yang diimbulkan oleh gesekan ini, ernyaa juga bisa dimanfaakan unuk kepeningan erenu. Misalnya sepau bersol kare, berfungsi agar kare yang mempunyai gesekan besar erhadap permukaan yang bersenuhan, seperi lanai, mampu melindungi manusia dari kemungkinan ergelincir. Dapakah Anda menjelaskan mengapa ban mobil dan ban sepeda erbua dari kare? Conoh Soal: Suau balok di aas lanai membuuhkan gaya sebesar 2 N agar bisa bisa lepas dari gaya gesekan sais erhadap lanai. Selanjunya, seelah benda bergerak, gesekan kineis pada benda hanya sebesar 1 N. Dapakah benda bergerak erus seelah idak lagi berada pada kondisi diam, jika pada benda hanya bekerja gaya sebesar 1,5 N? PENUGASAN 3 (a) Bualah dafar berisi bahan-bahan aau benda yang mempunyai kecenderungan saling bergesekan sau dengan lainnya. 50 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 51

30 (b) Tenukan di anara dafar benda-benda bergesekan yang elah Anda bua ersebu, mana yang bisa digolongkan sebagai gaya gesekan mengunungkan dan mana yang merugikan? KEGIATAN 3 LATIHAN 3 Kumpulkan beberapa benda di sekiar, seperi balok kayu, sendok, garpu, gelas, piring, dan lainnya. Kemudian imbanglah, dan caa dalam suau abel di bawah ini. 1. Apa pengaruh adanya gesekan erhadap gerak suau benda? 2. Mengapa gaya gesekan merupakan gaya yang bersifa negaif? 3. Sebukan beberapa gaya gesekan yang mengunungkan dan jelaskan alasanmu! 4. Sebukan beberapa gaya gesekan yang merugikan dan jelaskan alasanmu! 5. Apa yang dimaksud gesekan sais dan apa bedanya dengan gesekan kineis? Bera dan Massa Selama ini kia sudah mengenal isilah massa dan bera. Dalam koneks fisika, massa merupakan bera dalam pengerian sehari-hari, anpa pengaruh adanya gaya graviasi. Semenara bera merupakan massa benda yang berada dalam pengaruh suau gaya graviasi. Oleh karena ii bera merupakan akiba dari gaya graviasi, semenara gaya graviasi bisa berubah-ubah berganung dimana benda ersebu berada. Benda di bumi beranya idak sama dengan bera benda ersebu di bulan, karena besar graviasi bumi dan bulan berbeda. Sedangkan massa idak berganung pada gaya graviasi, oleh karena iu massa di bumi aaupun di berbagai empa lainnya, ermasuk di bulan, selalu sama. Bera merupakan besaran yang mempunyai arah, semenara massa idak berganung arah. Dapakah Anda menjelaskan hal ini? Conoh Soal: Suau benda seelah diimbang massanya 2 kg. Bera benda ersebu akiba pengaruh gaya graviasi bumi dimana g = 10 m/de 2 adalah w = 2 kg x 10 m/de 2 = 20 kg m/de 2 aau biasa disebu 5 kg gaya Tabel Massa dan Bera Benda No Benda Massa (kg) Bera (g = 10 m/de 2 ) 1 Balok kayu 2 Sendok 3 Garpu 4 Gelas 5 Piring Berdasarkan abel ersebu, kia bisa melakukan hal beriku: (a) Hiunglah bera masing-masing benda berdasarkan massa benda yang elah diimbang. (b) Dikeahui di bulan, graviasi sanga kecil dibandingkan di bumi. Diskusikan pengaruh graviasi yang sanga kecil erhadap benda-benda dan bandingkan dengan keadaan saa benda berada di bumi. LATIHAN 4 1. Apa yang dimaksud bera dan massa dalam koneks pengerian fi sika? 2. Mengapa bera berganung pada gaya graviasi, semenara massa idak erpengaruh pada gaya graviasi? 3. Mengapa massa suau benda dimanapun berada nilainya selalu eap, semenara bera benda ersebu bisa jadi selalu berubah? 4. Berapa bera suau benda bermassa 1 kg jika berada dalam pengaruh graviasi bumi? (g = 10 m/de 2 ) 5. Mengapa bera benda mempunyai arah, semenara massa idak mempunyai arah? 52 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 53

31 EVALUASI 1. Apa perbedaan bera pada isilah sehari-hari dengan bera dalam koneks fisika? 2. Tenukan pola grafi k di bawah ini yang menunjukkan gerak lurus kecepaan konsan! a. s b. s 4. Dikeahui berdasarkan hasil pengukuran bahwa jarak empuh bola meluncur s = 15 m, diempuh dalam waku = 3 deik, maka kecepaan raa-raa benda adalah... a. 3 m b. 3 m/de c. 5 m/de d. 10 m/de 5. Suau bola yang meluncur di bidang miring dengan jarak empuh s = 2 m, diempuh dalam waku = 1 deik, maka kecepaan akhir benda di ujung linasan adalah... a. 2 m/de b. 3 m/de c. 4 m/de d. 8 m/de 6. Percepaan bola yang di bidang miring dengan jarak empuh s = 2 m, yang diempuh dalam waku = 1 deik, adalah... c. s d. s a. 1 m/de 2 b. 3 m/de 2 c. 4 m/de 2 d. 12 m/de 2 7. Suau benda berada dalam pengaruh beberapa gaya, yaiu gaya ke kanan sebesar 15 N, ke aas 25 N, ke kiri 9 N, dan ke bawah 25 N. Resulan gaya pada benda... a. 40 N b. 24 N c. 6 N d Suau benda mengalami beberapa gaya, yang sau dan lainnya egak lurus, masing-masing 3 N dan 4 N. Resulan gaya pada benda ersebu adalah Tenukan pola grafi k di bawah ini yang menunjukkan gerak lurus percepaan konsan! a. s b. s a. 3 N b. 4 N c. 5 N d. 6 N 9. Di bawah ini merupakan alasan mengapa gaya gesekan arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak benda, kecuali... a. Gesekan bersifa mengurangi gerak laju benda b. Gaya gesekan merupakan dampak hasil benda yang bergesekan c. Gaya gesekan imbul akiba perubahan arah gaya d. Gaya gesekan berganung pada gaya gerak benda yang bersifa negaif. c. s d. s 10. Suau benda mengalami gaya graviasi yang menyebabkan benda ersebu kecepaannya berambah dari posisi diam, menjadi 20 m/de dalam waku = 2 deik. Percepaan benda ersebu sebesar... a. 5 m/de 2 b. 10 m/ de 2 c. 20 m/de 2 d. 30 m/de 2 54 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 55

32 GERAK PARABOLA 45 O Gambar 4.2 Meriam bisa meluncurkan peluru melalui gerak parabola menyenuh bumi, akan membenuk po la garis maemais yang disebu garis pa rabola. Oleh karena iu gerak ini disebu gerak parabola. Misalnya benda yang akan meluncur bebas adalah bola, maka bola yang di lun curkan (aau dilemparkan) akan me luncur dalam keinggian erenu. Da lam hal bola yang sedang bergerak naik, bisa digambarkan pada sumbu y, semenara bola yang sedang me nem puh jarak erenu, digambarkan pa da sumbu x. Gambar 4.1 Bola melambung merupakan gerak parabola Perhaikan sebuah benda yang sedang meluncur bebas di angkasa. Biasanya benda ersebu diluncurkan dengan menggunakan keapel, senjaa berupa meriam, aau bisa juga dengan lemparan angan aau endangan kaki, api bukan benda yang meluncur dengan menggunakan roke. Gerak benda yang sedang meluncur ersebu hingga jauh ke permukaan bumi, berada dalam pengaruh percepaan graviasi. Oleh karena iu, bisa dianggap sebagai benda yang bergerak dalam pengaruh percepaan graviasi bumi. Apa yang Dimaksud dengan Gerak Parabola? Gerak parabola merupakan gerak yang dalam linasannya membenuk suau garis parabola. Pada saa benda meluncur bebas (anpa gaya), benda berada dalam pengaruh graviasi bumi, menyebabkan benda mengalami perlambaan saa bergerak naik, dan percepaan saa bergerak urun hingga menyenuh bumi. Linasan gerak benda saa naik dan kemudian urun hingga y max v o ϕ x Gambar 4.3 Bola melambung pada sumbu x dan sumbu y Pada benda yang sedang mengalami gerak parabola, sebenarnya benda bergerak pada dua (2) arah yang ber beda. Gerak yang per ama pada arah sumbu x dimana benda dianggap mengalami gerak anpa pengaruh gaya yang menghasilkan gerak dengan kecepaan eap (gesekan dengan udara diabaikan). Gerak yang kedua adalah pada sumbu y dimana benda berada da lam pengaruh gaya graviasi yang me nyebabkan benda mengalami kecepaan yang berubah-ubah. Pada gerak yang perama bisa dimisalkan sebagai benda yang sedang melakukan per pindahan pada bidang daar dimana gesekan diabaikan. Semenara pada gerak kedua bisa dimisalkan benda yang sedang mengalami gerak jauh bebas aau sebaliknya. 56 Fisika Pake C Tingkaan V Modul Tema 2 Gerak Berbagai Benda di Sekiar Kia 57