6. Mekanika Lagrange. as 2201 mekanika benda langit

dokumen-dokumen yang mirip
Keunggulan Pendekatan Penyelesaian Masalah Fisika melalui Lagrangian dan atau Hamiltonian dibanding Melalui Pengkajian Newton

3. ORBIT KEPLERIAN. AS 2201 Mekanika Benda Langit. Monday, February 17,

VII. MOMENTUM LINEAR DAN TUMBUKAN

ENERGI POTENSIAL. dapat dimunculkan dan diubah sepenuhnya menjadi tenaga kinetik. Tenaga

SATUAN ACARA PERKULIAHAN

BAB II PEMODELAN MATEMATIS SISTEM INVERTED PENDULUM

BENDA TEGAR FISIKA DASAR (TEKNIK SISPIL) Mirza Satriawan. menu. Physics Dept. Gadjah Mada University Bulaksumur, Yogyakarta

MOMENTUM DAN IMPULS FISIKA 2 SKS PERTEMUAN KE-3

GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PEMBELAJARAN (GBPP)

MEKANIKA NEWTONIAN. Persamaan gerak Newton. Hukum 1 Newton. System acuan inersia (diam)

PERSAMAAN SCHRÖDINGER TAK BERGANTUNG WAKTU DAN APLIKASINYA PADA SISTEM POTENSIAL 1 D

K 1. h = 0,75 H. y x. O d K 2

SP FISDAS I. acuan ) , skalar, arah ( ) searah dengan

Momentum Linier. Hoga saragih. hogasaragih.wordpress.com

FISIKA XI SMA 3

Agus Suroso. Pekan Kuliah. Mekanika. Semester 1,

4 I :0 1 a :4 9 1 isik F I S A T O R A IK M A IN D

Simetri dan Kekekalan

MOMENTUM - TUMBUKAN FISIKA DASAR (TEKNIK SISPIL) (+GRAVITASI) Mirza Satriawan. menu

1. (25 poin) Sebuah bola kecil bermassa m ditembakkan dari atas sebuah tembok dengan ketinggian H (jari-jari bola R jauh lebih kecil dibandingkan

Keseimbangan Benda Tegar dan Usaha

SILABUS MATAKULIAH. Revisi : 3 Tanggal Berlaku : 02 Maret 2012

Gerak rotasi: besaran-besaran sudut

Bab 6 Momentum Sudut dan Rotasi Benda Tegar

Satuan dari momen gaya atau torsi ini adalah N.m yang setara dengan joule.

BAHAN AJAR FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER GENAP MATERI : DINAMIKA ROTASI

III. PEMODELAN SISTEM PENDULUM TERBALIK

Analisis Fisika Mekanis Sederhana pada Permainan Billiard

Pengantar Oseanografi V

BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET. Hani Nurbiantoro Santosa, PhD.

I. Hukum lintasan : Semua planet bergerak dalarn lintasan berupa elips, dengan matahari pada salah satu titik fokusnya.

Penulis : Fajar Mukharom Darozat. Copyright 2013 pelatihan-osn.com. Cetakan I : Oktober Diterbitkan oleh : Pelatihan-osn.com

1. a) Kesetimbangan silinder m: sejajar bidang miring. katrol licin. T f mg sin =0, (1) tegak lurus bidang miring. N mg cos =0, (13) lantai kasar

TOPIK 3. Potensial Listrik. Fisika Dasar II TIP, TP, UGM 2009 Ikhsan Setiawan, M.Si.

Jika sebuah sistem berosilasi dengan simpangan maksimum (amplitudo) A, memiliki total energi sistem yang tetap yaitu

I. Nama Mata Kuliah : MEKANIKA II. Kode / SKS : MFF 1402 / 2 sks III. Prasarat

2. Deskripsi Statistik Sistem Partikel

Saat mempelajari gerak melingkar, kita telah membahas hubungan antara kecepatan sudut (ω) dan kecepatan linear (v) suatu benda

Gambar 7.1 Sebuah benda bergerak dalam lingkaran yang pusatnya terletak pada garis lurus

Kuliah PD. Gaya yang bekerj a pada suatu massa sama dengan laju perubahan momentum terhadap waktu.

MEKANIKA TEKNIK. Sitti Nur Faridah

DEPARTMEN IKA ITB Jurusan Fisika-Unej BENDA TEGAR. MS Bab 6-1

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah

Momen Inersia. distribusinya. momen inersia. (karena. pengaruh. pengaruh torsi)

Statika dan Dinamika

DINAS PENDIDIKAN KOTA PADANG MKKS KOTA PADANG KISI-KISI PENULISAN SOAL UJIAN TENGAH SEMESTER GENAP

VEKTOR. Besaran skalar (scalar quantities) : besaran yang hanya mempunyai nilai saja. Contoh: jarak, luas, isi dan waktu.

RENCANA PROGRAM KEGIATAN PERKULIAHAN SEMESTER (RPKPS)

TKS-4101: Fisika MENERAPKAN KONSEP USAHA DAN ENERGI J U R U S A N T E K N I K S I P I L UNIVERSITAS BRAWIJAYA

Gaya merupakan besaran yang menentukan sistem gerak benda berdasarkan Hukum Newton. Beberapa fenomena sistem gerak benda jika dianalisis menggunakan

BAB 3 PERAMBATAN GELOMBANG MONOKROMATIK

4. Orbit dalam Medan Gaya Pusat. AS 2201 Mekanika Benda Langit

Xpedia Fisika DP SNMPTN 05

Kumpulan soal-soal level Olimpiade Sains Nasional: solusi:

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

SELEKSI OLIMPIADE NASIONAL MIPA PERGURUAN TINGGI (ONMIPA-PT) 2014 TINGKAT UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA BIDANG FISIKA

RENCANA PROGRAM DAN KEGIATAN PEMBELAJARAN SEMESTER (RPKPS) SEMESTER GANJIL 2012/2013

SATUAN ACARA PENGAJARAN

BAB 1 Keseimban gan dan Dinamika Rotasi

IX. Aplikasi Mekanika Statistik

DESAIN INSTRUKSIONAL MATA KULIAH : FISIKA DASAR KODE MATA KULIAH : KPA 1102

MOMENTUM DAN TUMBUKAN. Rudi Susanto

Garis-garis Besar Program Pengajaran

2 H g. mv ' A, x. R= 2 5 m R2 ' A. = 1 2 m 2. v' A, x 2

Fisika Dasar I (FI-321)

Fluida atau zat alir adalah zat yang dapat mengalir. Zat cair dan gas adalah fluida. Karena jarak antara dua partikel di dalam fluida tidaklah tetap.

Fisika Umum (MA101) Kinematika Rotasi. Dinamika Rotasi

KERJA DAN ENERGI. r r. kx untuk pegas yang teregang atau ditekan, di mana. du dx. F x

Buku Ajar FISIKA TEKNIK. Disusun Oleh Wahidin Abbas

FIsika DINAMIKA ROTASI

GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PENGAJARAN

HUKUM NEWTON TENTANG GERAK DINAMIKA PARTIKEL 1. PENDAHULUAN

Materi dan Soal : USAHA DAN ENERGI

1. Pengertian Usaha berdasarkan pengertian seharihari:

SOLUSI. m θ T 1. atau T =1,25 mg. c) Gunakan persaman pertama didapat. 1,25 mg 0,75mg =0,6 m 2 l. atau. 10 g 3l. atau

JAWABAN Fisika OSK 2013

Treefy Education Pelatihan OSN Online Nasional Jl Mangga III, Sidoarjo, Jawa WhatsApp:

SOAL TRY OUT FISIKA 2

d r 5. KERJA DAN ENERGI F r r r 5.1 Kerja yang dilakukan oleh gaya konstan

BAB IV MOMENTUM, IMPULS DAN TUMBUKAN

Fisika Dasar I (FI-321)

PHYSICS SUMMIT 2 nd 2014

SILABUS. Indikator Pencapaian Kompetensi

USAHA DAN ENERGI. W = = F. s

Catatan Kuliah FI2101 Fisika Matematik IA

1/32 FISIKA DASAR (TEKNIK SIPIL) KINEMATIKA. menu. Mirza Satriawan. Physics Dept. Gadjah Mada University Bulaksumur, Yogyakarta

BAB III APLIKASI METODE EULER PADA KAJIAN TENTANG GERAK Tujuan Instruksional Setelah mempelajari bab ini pembaca diharapkan dapat: 1.

BAB II LANDASAN TEORI. A. Tinjauan Pustaka. 1. Vektor

LAPORAN PRA PRAKTIKUM FISIKA DASAR I MOMENTUM DAN IMPULS

Dinamika. DlNAMIKA adalah ilmu gerak yang membicarakan gaya-gaya yang berhubungan dengan gerak-gerak yang diakibatkannya.

Diktat TERMODINAMIKA DASAR

BAB VI Usaha dan Energi

(translasi) (translasi) Karena katrol tidak slip, maka a = αr. Dari persamaan-persamaan di atas kita peroleh:

Fisika Dasar. Kerja dan Energi. r r 22:50:19. Kerja disimbolkan dengan lambang W memiliki satuan Internasional A B

BAB II KESALAHAN SISWA MENYELESAIKAN SOAL MATERI USAHA DAN ENERGI. berarti keliru, kekhilafan, sesuatu yang salah, perbuatan salah.

SILABUS Mata Pelajaran : Fisika

POTENSIAL LISTRIK MINGGU KE-4

DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA & KOMPUTER JAKARTA STI&K SATUAN ACARA PERKULIAHAN

Konsep Usaha dan Energi

Transkripsi:

6. Mekanika Lagrange as 2201 mekanika benda langit

6.1 Pendahuluan Bab ini menjelaskan tentang reformulasi mekanika Newtonian yang dipelopori oleh ilmuwan asal Perancis-Italia Joseph Louis Lagrange. Khususnya, formula ini untuk menyelesaikan persamaan gerak sistem dinamika yang rumit.

6.2 Koordinat umum Misalkan q i (untuk i = 1, F) merupakan sebuah set koordinat dari sistem dinamik. q i dapat berupa koordinat kartesian, bola, sudut atau gabungan ketiganya; yang disebut sebagai koordinat umum. Sistem dinamik yang konfigurasi sesaat sepenuhnya ditentukan oleh F secara bebas, dikatakan koordinat umum tersebut memiliki F derajat kebebasan. Misalkan, posisi sesaat sebuah partikel yang bergerak bebas dalam tiga dimensi sepenuhnya ditentukan oleh tiga koordinat kartesian, x, y, dan z, dan koordinat ini tidak bergantung satu terhadap yang lain, maka sistem dinamis yang terdiri dari satu partikel bergerak bebas dalam tiga dimensi memiliki tiga derajat kebebasan. Jika ada dua partikel bebas bergerak maka sistem tersebut memiliki enam derajat kebebasan, dan seterusnya.

Misalkan kita memiliki sistem dinamis yang terdiri dari N partikel bergerak bebas dalam tiga dimensi, berarti F = 3 N derajat kebebasan sistem, yang konfigurasi sesaatnya dapat ditentukan oleh F koordinat kartesian. Koordinat ditunjukkan dengan x j, dengan j = 1, F, maka x 1, x 2 x 3, adalah koordinat kartesian untuk partikel ke-1, x 4, x 5 x 6, untuk partikel ke-2, dst. Anggap bahwa konfigurasi sesaat sistem dapat dinyatakan dengan koordinat umum F yang kita notasikan dengan q i dengan i = 1, F, dan bisa saja berupa koordinat bola. Kita tuliskan bentuk umum x j dengan q i : x j = x j q 1, q 2, q 3,, q F, t (6.1) untuk j = 1, F (x j dan q i bergantung terhadap waktu). Misal sebuah sistem terdiri dari partikel yang bergerak pada permukaan yang bergerak. Dengan aturan rantai, variasi dalam x j disebabkan oleh variasi q i (dengan t konstan): δx j = untuk j = 1, F δ i=1,f q i (6.2)

6.3 gaya secara umum Kerja pada sistem dinamik dalam koordinat kartesian: δw = j=1,f f j δx j (6.3) Di sini, f j adalah komponen gaya kartesian yang bekerja pada berbagai partikel yang membentuk sistem, dengan demikian, f 1, f 2, f 3 adalah komponen gaya yang bekerja pada partikel pertama, f 4, f 5, f 6 pada partikel ke-2 dst. Dengan menggunakan persamaan (6.2), dapat kita tuliskan: δw = Atau : j=1,f f j i=1,f δ q (6.4) i δw = i=1,f Q i δq i (6.5), dengan Q i = j=1,f f j gaya umum! (6.6)

Perhatikan bahwa gaya umum tidak selalu memiliki dimensi gaya, tetapi produk Q i q i harus memiliki dimensi kerja. Jadi, jika q i tertentu adalah koordinat kartesian maka yang terkait dengan Q i adalah gaya. Sebaliknya jika q i adalah sudut, maka yang terkait dengan Q i adalah torka. Misalkan sistem dinamis yang dimaksud adalah konservatif, maka: f j = U, (6.7) untuk j = 1, F, dengan U x 1, x 2,, x F, t adalah energi potensial sistem. Oleh karena itu, persamaan (6.6): U Q i = j=1,f = U (6.8) untuk i = 1, F j

6.4 persamaan Lagrange Persamaan gerak dalam koordinat kartesian: m j xj = f j (6.9) untuk j = 1, F dan m 1, m 2, m 3 adalah massa partikel ke-1, m 4, m 5, m 6 adalah massa partikel ke-2, dst. Energi kinetik dapat dituliskan sebagai: K = 1 m 2 j=1,f j xj 2 (6.10) dengan x j = x j q 1, q 2,, q F, t, maka dapat kita tuliskan: xj = q q i + i=1,f (6.11) i t untuk j = 1, F. Selanjutnya xj = xj q 1, q 2,, q F, q 1, q 2,, q F, t. Menurut persamaan di atas: = Dengan q i dan q i merupakan variabel bebas. (6.12)

Dengan mengalikan persamaan (6.12) dengan xj dan dideferensiasi terhadap waktu didapat: d xj = d xj = xj + xj d (6.13) Sekarang d = d 2 x j k=1,f q k q k + d2 x j t (6.14) Sehingga 1 2 Dan 2 = xj (6.15) (6.16)

Dari persamaan 6.13, 6.15, dan 6.16: d 1 2 = xj + 1 2 (6.17) 2 2 Kalikan persamaan di atas dengan m j, dan jumlahkan untuk semua j: d K x = f j q j=1,f j (6.18) i seperti pada persamaan (6.9) dan (6.10). Dari persamaan (6.6): d K = Q + K (6.19) i Dan dengan persamaan (6.8), kita peroleh: d K = U + K (6.20) Sekarang dikenalkan sebuah fungsi Lagrange, yaitu selisih antara energi kinetik dan energi potensial sistem dinamik + K

L = K U (6.21) Karena energi potensial U tidak bergantung pada q i, maka dari Persamaan (6.20): d L L = 0 (6.22) untuk i = 1, F Menurut analisis di atas, jika kita dapat menunjukkan energi kinetik dan energi potensial sistem dinamik yang bergantung terhadap koordinat umum dan turunannya terhadap waktu, maka kita dapat langsung menuliskan persamaan gerak sistem tersebut, yang dinyatakan dalam koordinat umum, dengan menggunakan persamaan Lagrange, (6.22). Tapi skema ini hanya bekerja untuk sistem konservatif.

Contoh: sebuah partikel bermassa m bergerak dalam dua dimensi dengan energi potensial pusat U(r) (sistem dinamik dengan dua derajat kebebasan). Seperti dijelaskan dalam sub-bab 3.4, paling mudah posisi sesaat partikel tersebut dinyatakan dalam koordinat r dan θ. Menurut persamaan (3.13), kecepatan partikel tersebut dapat dituliskan sebagai: 2 v 2 = r 2 + rθ Lagrangian untuk sistem ini (L = K U): (6.23) L = 1 2 m r 2 + r 2 θ 2 U r (6.24)

Sekarang (dengan memanfaatkan persamaan 6.22): L L = mr, = mrθ 2 du (6.25) r r dr L = mr 2 L θ, = 0 (6.26) θ θ Persamaan Lagrange d L L = 0(6.22) : d d L r L θ L = 0 r (6.27) L θ (6.28) Sehingga kita peroleh: d mr mrθ 2 + du d dr = 0 (6.29) mr2 θ = 0 (6.30) Atau: r rθ 2 = dv (6.31) dr r 2 θ = h (6.32) Dengan V = U, dan h konstan. m Persamaan gerak dalam medan potensial pusat!

6.5 momentum secara umum Energi kinetik sebuah partikel yang bergerak satu dimensi, dinyatakan dengan: K = 1 2 mx 2 (6.33) Momentum linier partikel tersebut adalah p = mx, dan dapat dituliskan sebagai: p = K = L (6.34), x x dengan L = K U, dan energi potensial U bergantung pada x.

Sekarang bila sistem dinamik dengan F koordinat umum q i. Momentum umum (kadang disebut sebagai momentum konjugat) dinyatakan: p i = L untuk i = 1, F. Persamaan Lagrange (6.22): dp i = L (6.35) (6.36) untuk i = 1, F. Catat bahwa momentum umum tidak selalu memiliki dimensi momentum linier.

Misalkan bahwa Lagrangian L tidak bergantung secara eksplisit pada koordinat q k. Dari Persamaan (6.36): dp k maka: = L q k = 0 (6.37), p k = konstan. (6.38)

Dalam kasus ini, Koordinat q k tidak diketahui. Dengan demikian, disimpulkan bahwa momentum umum yang terkait dengan koordinat yang tidak dapat diketahui merupakan konstanta gerak. Kita ambil contoh Lagrangian untuk sebuah partikel yang bergerak dalam potensial pusat yang tidak bergantung pada koordinat sudut θ (persamaan 6.24 ). Maka θ adalah koordinat yang tidak diketahui, dan p θ = L θ = mr 2 θ (6.39) merupakan gerak yang konstan. p θ merupakan momentum sudut terhadap pusat, dan kekal karena tidak ada torka dari pusat yang bekerja pada gaya pusat.