menganalisis suatu gerak periodik tertentu

Transkripsi

1 Gerak Harmonik Sederhana GETARAN

2 Gerak harmonik sederhana Gerak periodik adalah gerak berulang/berosilasi melalui titik setimbang dalam interval waktu tetap. Gerak harmonik sederhana (GHS) adalah gerak periodik dengan lintasan yang ditempuh selalu sama (tetap). GHS mempunyai persamaan gerak dalam bentuk sinusiodal i dan digunakan untuk menganalisis suatu gerak periodik tertentu

3 Gerak harmonik sederhana Gerak harmonik sederhana dapat dibedakan menjadi 2 bagian yaitu GHS Linier misalnya : penghisap dalam silinder gas, gerak osilasi air raksa/air dalam pipa U, gerak horisontal/vertikal dari pegas, dsb. GHS Angular misalnya : gerak bandul/bandul d l fisis, i osilasi i ayunan torsi, dsb.

4 Simpangan Kinematika GHS x(t) = A m sin (ωt +θ 0 ) (1) dimana x = simpangan, A m= amplitudo, ω = frekuensi angular dan θ 0 = sudut fasa awal Gambar 1: Grafik gerak harmonik sederhana (GHS)

5 Kecepatan GHS Kecepatan GHS adalah turunan dari simpangan GHS

6 Percepatan GHS Percepatan GHS adalah turunan kedua dari simpangan atau turunan kecepatan GHS Pada GHS, frekuensi dan periode tidak tergantung g pada amplitudo

7 Dinamika dan Energi GHS Dinamika GHS adalah menganalisis GHS dari gaya penyebabnya misal pegas pengaruh gaya Hooke, bandul pengaruh gaya berat, dsb. Sehingga hk Newton dapat diaplikasi untuk mengetahui persamaan gerak dari GHS. Energi pada GHS terdiri atas energi kinetik, energi potensial dan energi total Energi Potensial

8 Energi kinetik Dinamika dan Energi GHS Energi mekanik adalah E m = E k + E p yaitu

9 Beberapa contoh GHS Bandul Matematis Bandul matematik adalah sebuah bandul dengan panjang I dan massa m dan membuat GHS dengan sudut kecil (φ <<) Gaya yang menyebabkan bandul ke posisi kesetimbangan dinamakan gaya pemulih yaitu mg sin θ dan panjang busur adalah s = lθ. Kesetimbangan gayanya y adalah

10 Bandul Matematis GHS bandul dapat dinyatakan Sehingga periode dari bandul adalah

11 Bandul Matematis Gambar 2. Bandul matematis Bila amplitudo getaran tidak kecil namun tidak harmonik sederhana sehingga periode mengalami ketergantungan pada amplitudo dan dinyatakan dalam amplitudo sudut θ 0 yaitu

12 Bandul Fisis Bandul fisis memperhitung momen inersia yaitu kecenderungan benda tegar melakukan gerak rotasi. Bandul fisis i memberikan torka pemulih sebesar τ = Iα. Gaya pada GHS bandul fisis

13 Persaman GHS-nya Bandul Fisis Periode bandul fisis adalah Gambar 3: Bandul fisis

14 Ayunan Puntir Gambar 4: Ayunan puntir Ayunan puntir (Gbr4) benda yang digantung dengan kawat dan diputar dengan sudut θ. Kawat akan mengerjakan momen gaya(torka) pemulih sebanding dengan θ yaitu τ = - κθ (12) dimana κ = konstanta puntir

15 Sistem GHS-nya Ayunan Puntir

16 GHS Teredam Gambar 5: Gerak harmonis teredam

17 GHS Teredam Secara umum gerak osilasi sebenarnya teredam, energi mekanik terdisipasi (berkurang) karena adanya gaya gesek maka jika dibiarkan maka osilasi akan berhenti artinya GHS-nya teredam. Gaya gesekan biasanya dinyatakan sebagai F = bν arah berlawanan dan b adalah konstanta menyatakan besarnya redaman. Persamaan GHS teredam

18 GHS Teredam Penyelesaian eksaknya dimana A m = amplitudo dan ω = frekuensi angular pada GHS teredam. Hubungan frekuensi ω dengan ω adalah Jika b = 0 tidak ada redaman maka ω = dan b << ω ω.

19 GHS Teredam

20 Latihan Problem 1 Sebuah GHS dinyatakan sbb x = (6,0 m) cos (3πt + π/3) ) pada t = 2 s, tentukan a. pergeseran b. kecepatan c. percepatan d. frekuensi, periode dan sudut fase

21 Latihan Problem 2 Sebuah balok berpegas diletakkan pada bidang licin, m = 689 g dan k = 65 N/m. Kemudian balok didorong sejauh x = 11 cm dari titik kesetimbangan yaitu x = 0 dan t = 0. Tentukan a. Frekuensi sudut, frekuensi dan perioda. b. Amplitudo, kecepatan dan percepatan c. Persaman GHS.

22 Latihan Problem 3 Sebuah sistem balok-pegas mempunyai energi mekanik sebesar 1 J, amplitudonya 10 cm dan kecepatan maksimum 1, 2 m/s. Tentukan a. Konstanta pegas b. Massa balok c. Frekuensi osilasi