HUKUM-HUKUM NEWTON TENTANG GERAK

Transkripsi

1 HUKUM-HUKUM NEWTON TENTANG GERAK

2 POKOK BAHASAN : Gaya dan Massa Macam-macam Gaya Hukum-hukum Newton

3 Pendahuluan Industri Ilmu Fisika Ilmu mengenai tata aturan alam semesta Pencarian ilmu pengetahuan terbarukan yang bisa membawa nilai manfaat bagi kehidupan manusia Lingkungan IT

4 Pendahuluan

5 PERUBAHAN GERAK (Percepatan) PERUBAHAN BENTUK (deformasi) oleh? GAYA 0 Menggambarkan adanya interaksi antara benda dengan lingkungannya. Merupakan besaran vektor. RESULTAN GAYA = 0 SETIMBANG GLBB

6 Konsep Gaya dan Massa Hukum Newton menyatakan hubungan antara gaya, massa dan gerak benda Gaya adalah kekuatan dari luar berupa dorongan atau tarikan. Gaya penyebab terjadi gerakan benda (tetapi tidak selalu menimbulkan gerak). Konsep Gaya dan Massa dijelaskan oleh Hukum Newton Massa adalah materi yang terkandung dalam suatu zat dan dapat dikatakan sebagai ukuran dari inersia (kelembaman). Berat = gaya gravitasi pada benda

7 Massa dan Berat Massa adalah sifat dari benda itu sendiri, yakni ukuran kelembaman benda tersebut atau jumlah zat -nya. Berat adalah gaya, gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda. Sebuah batu ketika dibawa ke bulan, tetap menjadi batu dengan ukuran yang sama. Yang berbeda adalah berat-nya alias gaya gravitasi yang bekerja pada batu tersebut Suatu benda dengan massa yang jatuh secara bebas ke bumi hanyalah dipengaruhi oleh satu gaya, yaitu gaya tarik bumi atau gaya gravitasi, yang kita sebut berat W dari benda. Karena itu F = m.a memberikan kita hubungan F = W, a =g dan m; jadi w = m.g. berhubung g=10 m/s 2 di bumi, maka 1 kg benda beratnya 10 N di bumi.

8 W = m g g = percepatan gravitasi Bumi

9 Kontak langsung INTERAKSI Jarak jauh Medan gaya Medan gaya (interaksi) yang terjadi di alam : Gaya gravitasi : antara benda bermassa Gaya elektromagnetik : antara benda bermuatan Gaya Kuat : antara partikel subatomik Gaya lemah : proses peluruhan radioaktif

10

11 Satuan Gaya Sisem Satuan Nama Khusus Definisi M.K.S Kg.m.dt -2 Newton (N) 1N gaya yang bekerja pada benda dengan massa 1 kg dan percepatan 1 m.dt -2 c.g.s gr.cm.dt -2 Dyne (dn) 1dn gaya yang bekerja pada benda dengan massa 1 gr dan percepatan 1 cm.dt -2 BESARAN NOTASI MKS CGS Gaya berat W newton (N) dyne Massa M kg gram Gravitasi G m/det 2 cm/det 2

12 Hukum-Hukum Newton Isaac Newton ( ) mempublikasikan hukum geraknya dan merumuskan hukum gravitasi universal Hukum gerak Newton menjelaskan hubungan gaya dan gerak yang diakibatkan oleh gaya tersebut. Hukum gerak Newton terdiri dari hokum kelembaman, hukum Newton II dan hukum aksireaksi

13 Hukum Newton I Selama tidak ada resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda maka benda tersebut akan selalu pada keadaannya, yaitu benda yang diam akan selalu diam dan benda yang bergerak akan bergerak dengan kecepatan konstan. S F = 0 a = 0 Hukum Kelembaman Sistem Inersial

14 Hukum Newton I Menurut hukum Newton I, suatu benda akan mempertahankan keadaannya jika tidak diberi gaya (tetap diam atau tetap bergerak lurus beraturan). Contoh: o Ketika mobil digas tiba-tiba, tubuh kita akan terlempar ke belakang karena tubuh kita ingin tetap mempertahankan diam. o Ketika mobil direm mendadak, tubuh kita akan terlempar ke depan karena tubuh kita ingin mempertahankan gerak

15 Hukum Pertama Newton telah dibuktikan oleh para astronout pada saat berada di luar angkasa. Ketika seorang astronout mendorong sebuah pensil (pensil mengambang karena tidak ada gaya gravitasi),pensil tersebut bergerak lurus dengan laju tetap dan baru berhenti setelah menabrak dinding pesawat luar angkasa. Hal ini disebabkan karena di luar angkasa tidak ada udara, sehingga tidak ada gaya gesek yang menghambat gerak pensil tersebut.

16

17 Hukum Newton II Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik dengan massa benda. a F F x = ma x F = ma F = Satuan Gaya : newton (N) N 1 kg m s dyne 1 g cm s 1 lb = 1 slug ft s 2 y 2 ma y F = z ma 1 N = 10 5 dyne 1 N = lb z

18 Contoh: Sebuah bola bilyard diletakkan pada permukaan yang licin sekali (anggap gesekannya tidak ada). Dua gaya berkerja pada bola ini seperti pada Gambar. Hitung percepatan tersebut jika massanya 0,5 kg.

19

20 Hukum Newton III Hukum III Newton, yang dikenal sebagai hukum aksi-reaksi, yang bunyinya Jika benda pertama memberikan gaya pada benda kedua maka benda kedua akan memberikan gaya yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan.

21 Contoh

22 Penerapan Hukum Newton????

23 Penerapan Hukum Newton Gaya Gravitasi Newton mengemukakan, bahwa ternyata ada suatu gaya pada suatu jarak yang memungkinkan dua benda atau lebih untuk berinteraksi. gaya gravitasi akan bekerja pada massa suatu benda yang masih berada dalam medan gravitasi suatu benda atau planet. Gaya gravitasi atau gaya tarik-menarik dapat berlaku secara universal dan sebanding oleh massa masing -masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda.

24 Contoh: 1. Jika dua planet masing-masing bermassa 2 x kg dan 4 x kg, mempunyai jarak antara kedua pusat planet sebesar 2 x 10 5 km. Tentukan besar gaya tarik menarik antara kedua planet! 2. Gaya tarik gravitasi antara dua buah benda bermassa adalah 4 x N. Bila massa benda adalah 3 kg dan 9 kg. Tentukanlah jarak antara kedua benda itu!

25 Medan Gravitasi Di samping gaya gravitasi, hukum gravitasi Newton juga menetapkan tentang medan gravitasi disekitar suatu benda atau umumnya sebuah planet

26 Contoh: Sebuah planet bermassa 6 x kg dan berjari-jari km. Tentukan percepatan gravitasi di permukaan planet tersebut!

27 Gaya Normal Besar gaya normal ini sangat tergantung pada keadaan benda yang saling kontak tersebut. Untuk menentukannya besarnya gaya normal dapat menggunakan hukum I dan II Newton. ΣF = 0 N W = 0 N = W (w = m.g)

28 Contoh: Sebuah balok bermassa 5 kg. Jika percepatan gravitasi ( g ) = 10 m/s 2 maka tentukan: 1. Berat balok, 2. Gaya normal jika balok diletakkan di atas bidang datar, 3. Gaya normal yang bekerja pada balok jika diam di atas bidang miring yang membentuk sudut 30 o terhadap horisontal. Penyelesaian : m = 5 kg g = 10 m/s 2 a. Berat balok adalah : w = m g = 5.10 = 50 N

29

30

31 Soal : Sebuah benda dengan massa 300 kg berada pada suatu bidang miring, seperti yang terlihat pada gambar di samping. Jika gaya gesek diabaikan, tentukan besar gaya normal dan gaya yang menyebabkan benda bergerak ke bawah!

32 Gaya Gesek Untuk keadaan benda yang diam dinamakan gaya gesek statis (f s ) Untuk keadaan benda yang bergerak dinamakan gaya gesek kinetik (f k ) f s max = μ s. N f s = F f s max = μ s. N

33 Contoh Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar yang kasar dengan koefisien gesek μ s = 0,6 dan μ k = 0,3. Kemudian balok ditarik gaya sebesar F mendatar. Percepatan gravitasi ( g ) = 10 m/s 2. Tentukan gaya gesek yang dirasakan balok dan percepatan balok jika: a. F = 100 N b. F = 140 N Penyelesaian : Diketahui : m = 20 kg; g = 10 m/s 2 μ s = 0,6; μ k = 0,3 F1 = 100 N; F2 = 140 N

34 N = w = m g = 200 N f s max = μ s. N = 0, = 120 N

35

36 Soal : Sebuah mobil mainan yang mula-mula diam memiliki massa 500 gram, berjalan di atas lantai yang mempunyai koefisien gesek kinetis 0,2 dan koefisien gesek statis 0,4. Jika mesin mobil menghasilkan gaya dorong sebesar 10 N dalam 2 sekon, maka tentukan jarak yang ditempuh mobil mainan itu selama gayanya bekerja!

37 Gerak Benda Pada Bidang Datar

38 Soal Suatu benda bermassa 20 kg berada di papan yang licin sempurna. Benda tersebut ditarik oleh suatu gaya sebesar 50 N ke arah mendatar, hitunglah percepatan dan kecepatan yang dialami oleh benda tersebut setelah gaya tersebut bekerja selama 10 sekon? Sebuah balok bermassa 10 kg terletak pada bidang datar yang licin. Balok tersebut ditarik dengan gaya 40 N yang membentuk sudut 40 o dengan bidang datar. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s 2 maka hitunglah percepatan dan jarak perpindahan benda setelah gaya F bekerja selama 8 sekon (diketahui pada t = 0 benda diam)

39 Gerak Benda yang Dihubungkan dengan Tali Apabila massa balok A dan B masing-masing adalah m 1 dan m 2, serta keduanya hanya bergerak pada arah komponen sumbu x saja dan percepatan keduanya sama yaitu a, maka resultan gaya yang bekerja pada balok 1 (komponen sumbu x) adalah: F x(1) = T = m 1.a Sementara itu, resultan gaya yang bekerja pada balok 2 (komponen sumbu x) adalah: F x(2) = F T = m 2.a

40 Gerak Benda di Dalam Lift Lift dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan Lift dipercepat ke atas Lift dipercepat ke bawah

41 Lift dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan Komponen gaya pada sumbu y adalah: Fy = N w Pada komponen sumbu y, berarti a y = 0, sehingga: Fy = 0 N w = 0 N = w = m.g

42 Lift dipercepat ke bawah Komponen gaya pada sumbu y adalah: Fy = N w Dalam hal ini, lift bergerak ke atas mengalami percepatan a, sehingga: Fy = N w N w = m.a N = w + (m.a)

43 Lift dipercepat ke bawah Komponen gaya pada sumbu y adalah: F y = w N Dalam hal ini, lift bergerak ke bawah mengalami percepatan a, sehingga: F y = m.a w N = m.a N = w (m.a)

44 Gerak Benda yang Dihubungkan dengan Tali melalui Katrol Resultan gaya yang bekerja pada balok A adalah: F A = m A.a w A T = m A.a Resultan gaya yang bekerja pada balok B adalah: F B = m B.a T w B = m B.a

45 Contoh: Dua benda M1 dan M2 masing-masing bermassa 2 kg dan 3 kg dihubungkan dengan tali katrol. jika kecepatan gravitasi 10 m/s 2 maka tegangan tali pada sistem adalah.

46

47 Benda terletak pada bidang yang licin dihubungkan dengan benda lain dengan menggunakan seutas tali melalui sebuah katrol

48 Besarnya tegangan tali (T ) dapat ditentukan dengan meninjau resultan gaya yang bekerja pada masing-masing benda, dan didapatkan persamaan: T = m A.a, Atau T = w B m B.a = m B.g m B.a = m B (g a)

49 Contoh:

50 Contoh: Balok A = 2 kg dihubungkan dengan tali ke balok B = 4 kg pada bidang datar, kemudian balok B dihubungkan dengan katrol di tepi bidang datar, lalu dihubungkan dengan balok C = 4 kg yang tergantung di samping bidang datar. Jika koefisien gesek kinetik dan statis antara balok A dan B terhadap bidang datar adalah 0,3 dan 0,2, dan massa katrol diabaikan, maka tentukan tegangan tali antara balok A dan B!

51

52

53

54

55 Soal : Benda A dengan massa 6 kg dan benda B dengan massa 3 kg dihubungkan dengan tali seperti gambar di samping. Jika koefisien gesekannya 0,3 dan g = 10 m/s 2, tentukan percepatan benda! Balok A = 8 kg dihubungkan dengan tali ke balok B = 10 kg pada bidang datar, kemudian balok B dihubungkan dengan katrol di tepi bidang datar, lalu dihubungkan dengan balok C = 6 kg yang tergantung di samping bidang datar. Jika koefisien gesek kinetik dan statis antara balok A dan B terhadap bidang datar adalah 0,4 dan 0,3, dan massa katrol diabaikan, maka tentukan tegangan tali antara balok A dan B!