M E K A N I K A MEKANIKA Mekanika adalah cabang ilmu fisika yang berhubungan dengan perilaku benda yang menjadi subyek gaya atau perpindahan, dan efek selanjutnya pada benda tersebut dalam lingkungan mereka. 1
HUKUM NEWTON 2
HUKUM NEWTON I Hukum Pertama: Sebuah benda yang diam atau bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap diam atau tetap bergerak pada kecepatan konstan jika tidak ada resutan gaya yang bekerja pada benda tersebut Inersia: sifat suatu benda untuk mempertahankan keadaannya Apa yang terjadi pada pengemudi jika mobil bergerak dari keadaan diam atau ketika tiba-tiba mengerem? a. Pengemudi terdorong ke belakang. Benda yang diam cenderung tetap diam b. Pengemudi bergerak ke depan ketika terjadi pengereman. Benda yang bergerak cenderung untuk terus bergerak. 3
CONTOH KEHIDUPAN NYATA Jika benda bergerak cenderung tetap bergerak, benda kenapa tidak bergerak terus bergerak selamanya? Benda tidak terus bergerak selamanya karena hampir selalu ada gaya tidak seimbang yang bekerja Ada gesekan 4
Tipe-tipe Gesekan Sliding friction: ice skating Rolling friction: bowling Fluid friction (air or liquid): air or water resistance Static friction: initial friction when moving an Di luar angkasa, jauh dari gravitasi dan setiap sumber gesekan, sebuah roket diluncurkan dengan kecepatan dan arah tertentu akan terus dalam arah yang sama dan pada kecepatan yang sama selamanya. 5
Hukum Newton II Hukum Kedua: Ketika suatu resultan gaya bekerja pada suatu benda percepatan Proporsional terhadap gaya dan berbanding terbalik terhadap massanya. a F m Percepatan: 2 m/s 2 Percepatan: 4 m/s 2 6
F F a a/2 Apa kata F = m a? Sesuatu yang sangat besar (massa yang tinggi) yang mengubah kecepatan sangat lambat (akselerasi rendah), seperti gletser, masih bisa memiliki kekuatan besar. Sesuatu yang sangat kecil (massa rendah) yang mengubah kecepatan sangat cepat (akselerasi tinggi), seperti peluru, masih bisa memiliki kekuatan besar. 7
Contoh 1. Sebuah gaya 4.2 x 10 4 N bekerja pada sebuah pesawat yang memiliki masa 3.2 x 10 4 kg selama takeoff. Berapa gaya pada pilot pesawat dengan BB 75-kg? Pertama kita mencari percepatan a pesawat F = 4.2 x 10 4 N F = ma + a m = 3.2 x 10 4 kg 4 F 4.2 x 10 N 4 a = 1.31 m/s m 3.2 x 10 kg 2 Untuk mendapatkan F pada 78-kg pilot, asumsi percepatan sama F = ma = (75 kg)(1.31 m/s 2 ); F = 98.4 N Berat dan Masa Berat adalah gaya yang disebabkan oleh gravitasi. Arah ke bawah dan bervariasi pada lokasi yang berbeda.. Masa adalah konstanta universal yang merupakan ukuran inersia tubuh F = m a sehingga W = mg dan m = W g 8
Contoh Masa dan Berat Berapa berat dari 10 kg balok? 10 kg m W = mg = (10 kg)(9.8 m/s 2 ) 9.8 m/s 2 W W = 98 N Berapa masa dari 64 lb bloks? 32 ft/s 2 64 lb W = mg m 64 lb 32 ft/ s 2 2 slugs Masa konstan, Berat bervariasi. 28 N 2.8 m/s 2 24 lb 8 ft/s 2 98 N 9.8 m/s 2 96 lb 32 ft/s 2 Masa = 10 kg Masa = 3 slugs 9
Ketidakkonsistenan Penggunaan Sering satuan metrik dipakai secara tidak konsisten. Masa dalam kg sering dipergunakan sebagai berat (N). Kadang-kadang disebut kg gaya. F 10 kg Seorang ahli kimia mungkin diminta menimbang suatu bahan dengan berat 200 g. Juga kadang kita menemui 10-kg beban sebagaimana seperti berat. Kilogram adalah suatu masa tidak pernah berupa gaya dan ini tidak berhubungan dengan arah atau bervariasi karena gravitasi. Hukum Newton III Gaya aksi dan reaksi antara benda yang berhubungan mempunyai besar dan garis aksi yang sama dan berlawanan arah http://www.allstar.fiu.edu/aero/rocket1a.htm 10
Kita gunakan kata dilakukan oleh dan terhadap untuk mempelajari gaya aksi dan reaksi Aksi Reaksi Gaya aksi dilakukan oleh tangan terhadap batang Gaya reaksi dilakukan oleh batang terhadap tangan Hukum Newton III pada alam Seekor ikan menggunakan sirip untuk mendorong air ke belakang. Air bereaksi dengan mendorong ikan ke depan Besarnya gaya pada air sama dengan besarnya gaya pada ikan, arah berlawanan 11
Contoh: 60 kg atlit mendorong 10 kg skateboard, Jika dia menerima percepatan 4 m/s 2, berapakan percepatan skateboard? Gaya pelari = -(Gaya papan seluncur) m r a r = -m b a b Gaya Papan a (60 kg)(4 m/s 2 ) = -(10 kg) a b (60 kg)(4 m/s) -(10 kg) 24 m/s 2 Gaya Pelari a = - 24 m/s 2 Review Free-body Diagrams: Baca permasalahan; gambarkan dan beri label Buatlah diagram gaya pada setiap obyek, dan diagram vektor Nyatakan dalam persegi empat dan beri label komponen x dan y Beri label semua komponen dan pilih arah yang positif. 12
Contoh Free-body Diagram A 30 0 60 0 B A y B A 30 0 60 0 B y A x B x 4 kg 1. Sketsa gambar dan label 2. Gambarkan dan label diagram vektor gaya. W = mg 3. Nyatakan dalam pesegi empat dan beri label komponen x dan y Aplikasi Hukum Newton II Baca, gambarkan dan beri label permasalahan. Gambar free-body diagram untuk setiap body. Pilih sumbu x atau y sepanjang gerakan dan pilih arah gerakan sebagai arah positif. Tulis hukum Newton II untuk kedua sumbu : SF x = m a x SF y = m a y Selesaikan besaran yang belum diketahui. 13
Contoh: Sebuah kereta dan kusir memiliki masa 120 kg. Berapa gaya yang dibutuhkan untuk menghasilkan percepatan 6 m/s2 jika gesekan di abaikan? 1. Baca permasalahan dan gambar sketsanya. Diagram untuk kereta: W n F + x 2. Gambar diagram vektor gaya dan beri label. 3. Pilih sumbu x sepanjang gerakan dan indikasikan arah kanan sebagai nilai positif 4. Tulis hukum Newton II untuk kedua sumbu m = 120 kg a y = 0 SF y = 0; n - W = 0 Gaya normal n sama dengan berat W Diagram untuk kereta: W n SF x = ma x ; F = ma F = (120 kg)(6 m/s 2 ) F = 720 N F + x 14
Hukum Gravitasi Newton Dua partikel dengan massa m 1 dan m 2 akan saling tarik menarik secara proporsional terhadap massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya F = G m 1m 2 d 2 d = jarak antara 2 partikel G = konstanta gravitasi 15
Medan Gravitasi 16