*FISIKA I*

FISIKA I

SASARAN PEMBELAJARAN*FISIKA I*Mahasiswa mampu mengenali jenis-jenis gayaMahasiswa mampu mencari dan menguraikan gaya-gaya dalam arah sejajar dan tegak lurus arah gerakMahasiswa mampu mencari percepatan sistem dan masing-masing benda dalam sistem

Kelulusan : 75%

FISIKA I

*FISIKA I*DINAMIKADinamika adalah cabang dari mekanika yang mempelajari gerak benda ditinjau dari penyebabnya. Dinamika benda tidak lepas dari Hukum Newton, yaitu :

Benda akan diam atau GLB jika gaya resultan yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol.Percepatan benda berbanding lurus dengan resultan gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda.Jika suatu gaya aksi diberikan pada suatu benda, maka benda tersebut akan memberikan gaya reaksi yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan.a.b.c.

FISIKA I

*FISIKA I*GAYA BERATGaya berat, dialami semua benda yang berada di atas permukaan bumi. Untuk benda-benda dekat permukaan mempunyai besar gaya berbanding lurus dengan massanya dan arahnya menuju ke pusat bumi, atau menuju ke bawah untuk pengamat di permukaan bumi.

FISIKA I

*FISIKA I*GAYA BERAT

Gaya gravitasi : W = -mgjBesar gaya gravitasi : W = mgdengan g adalah percepatan gravitasi yang besarnya 10 m/s2Untuk gaya gravitasi umum antara benda bermassa m1 dan m2 besarnya adalah :Dengan g menyatakan konstanta gravitasi yang besarnya G = 6,67 10-11 Nm2/kg2.

FISIKA I

*FISIKA I*GAYA NORMALGaya ini adalah gaya dari alas/lantai ketika suatu benda diletakkan pada alas tersebut di mana gaya normal sebagai reaksi dari gaya berat benda. Arah dari gaya normal ini selalu tegak lurus dengan bidang alas/lantai.

FISIKA I

*FISIKA I*Gaya NormalBagaimana mencari gaya normal? Benda bergerak sepanjang bidang kontak dan diam dalam arah tegak lurus bidang kontak!

FISIKA I

*FISIKA I*GAYA GESEKANGaya ini adalah gaya yang terjadi akibat adanya gesekan antara benda yang ditarik oleh suatu gaya aksi dengan alasnya. Arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak relatif benda. Ada dua jenis gaya gesekan, yaitu ; gaya gesekan statik dan gaya gesekan kinetik. Jika sebuah benda ditarik oleh sebuah gaya pada permukaan kasar dan ternyata benda tersebut tidak bergerak, maka pada benda tersebut bekerja gaya gesekan yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Gaya ini adalah gaya gesek statik.

FISIKA I

*FISIKA I*GAYA GESEKAN

Ffs

Gaya gesek statik : fs = FF = 0 a = 0Jika gaya F diperbesar maka fs juga membesar sampai nilai maksimum, di mana jika gaya F diperbesar lagi sehingga lebih besar daripada fs maksimum maka benda bergerak. fsmax sebanding dengan gaya normal benda dan suatu konstanta, yaitu koefisien gesekan statik s.

Gaya gesek statik : fsmax = sNF = 0 a = 0

Ffs

FISIKA I

*FISIKA I*GAYA GESEKAN

Gaya gesek kinetik : F fk = mafk = kNUntuk gaya F lebih besar daripada gaya gesekan statik maksimum, benda akan bergerak dengan percepatan a. Jika benda bergerak maka gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek kinetik yang besarnya sebanding dengan gaya normal benda dan suatu konstanta, yaitu koefisien gesekan kinetik k. Nilai k selalu lebih kecil daripada s.

Ffk

FISIKA I

*FISIKA I*GAYA PEGAS

Gaya pegas terjadi jika pegas ditarik dari posisi setimbangnya dan yang besarnya sebanding dengan pergeseran ujung pegas yang ditarik.Besar gaya F = k.x dengan k konstanta pegas dan x menyatakan besar pergeseran.

FISIKA I

*FISIKA I*GAYA SENTRIPETALSetiap gaya yang bekerja pada suatu benda dan menghasilkan percepatan sentripetal, dikatakan sebagai gaya sentripetal. Sebagai contoh, sebuah benda diikat dengan tali, kemudian diputar. Maka benda tersebut akan berputar dan memiliki percepatan sentripetal. Dalam kasus ini sebagai gaya sentripetal adalah tegangan tali T. Perlu diperhatikan, arah gaya sentipetal tidak searah dengan arah gerak benda.Gaya sentripetal adalah gaya total yang menuju pusat lingkaran.

FISIKA I

*FISIKA I*KERANGKA ACUAN INERSIAKerangka acuan inersia adalah kerangka acuan yang diam atau GLB relatif terhadap acuan yang diam. Hukum Newton berlaku dalam kerangka acuan inersia.

FISIKA I

*FISIKA I*KERANGKA ACUAN NON INERSIAKerangka acuan non inersia adalah kerangka acuan yang bergerak GLBB atau bergerak melingkar terhadap acuan yang diam. Dengan kata lain, kerangka itu bergerak dipercepat terhadap acuan diam. Dalam kerangka acuan demikian hukum Newton tidak berlaku. Sebagai contoh, jika seseorang sedang berada dalam mobil yang dipercepat atau diperlambat, maka akan terasa ada dorongan atau tarikan yang terasa oleh tubuh kita padahal tidak ada gaya yang bekerja pada badan. Ini berarti tidak sesuai dengan hukum Newton.

FISIKA I

*FISIKA I*GAYA FIKTIFUntuk memenuhi hukum Newton pada kerangka non inersia diberikan gaya fiktif sehingga gaya ini yang menyebabkan percepatan yang dialami oleh benda dalam kerangka non inersia. Contoh dari gaya fiktif adalah gaya sentripugal, yang terjadi pada kerangka acuan yang bergerak melingkar terhadap acuan yang diam.

Besar gaya fiktif :Ff = maDengan a menyatakan percepatan kerangka acuan benda.

FISIKA I

*FISIKA I*Diagram Benda BebasSetiap benda dalam suatu sistem dipandang sebagai benda bebas yang berdiri sendiri.Gambarkan semua gaya yang mungkin terjadi dalam setiap benda dan diuraikan menjadi 2 komponen yaitu sejajar dan tegak lurus bidang kontak.Benda satu dengan yang lainnya dihubungkan oleh percepatan.Percepatan masing-masing benda mengacu kepada kerangka inersial (a=0).

FISIKA I*

*FISIKA I*ContohBagaimana diagram benda bebas jika F bekerja pada m2?

FISIKA I

*FISIKA I*CONTOHHitung percepatan masing-masing benda dan tegangan tali pada gambar di atas jika diketahui m1 = 2 kg dan m2 = 3 kg! Anggap lantai licin.1.

FISIKA I

*FISIKA I*CONTOHDiketahui koefisien gesekan pada lantai k = 0,2 dan s = 0,3. Massa m1 = 10 kg. Tentukan :2.Massa m2 pada saat benda tersebut akan bergerakPercepatan benda jika massa m2 ditambah 1 kga.b.

FISIKA I

*FISIKA I*SOLUSI1.Gaya yang bekerja pada benda m1 : F = m1a T = m1a Gaya yang bekerja pada benda m2 : F = m2a W2 T = m2aDengan menjumlahkan kedua persamaan di atas diperoleh :W2 = m2g = (m1 + m2)a

Tegangan tali T = m1a = 2.6 = 12 N

FISIKA I

*FISIKA I*SOLUSISaat sistem akan bergerak, pada benda 1 tegangan tali T = fsmax. Sedangkan pada benda 2, karena tidak mengalami percepatan maka T = W2 = m2g. Dengan demikian massa benda 2 :

2. a.

FISIKA I

*FISIKA I*SOLUSI

2. b.Jika massa ditambah, maka masing-masing benda mengalami percepatan. Massa m2 menjadi 4 kg. Benda A : T fk = m1a Benda B :m2g T = m2aJika kedua persamaan di atas dijumlahkan diperoleh :m2g fk = (m1 + m2)a

FISIKA I

*FISIKA I*SOAL

1.

37O53OABHitung percepatan masing-masing benda dan tegangan tali pada gambar di atas jika diketahui mA = 2 kg dan mB = 3 kg! Anggap lantai licin.

FISIKA I

*FISIKA I*SOAL

2.Jika massa tali dan katrol diabaikan dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, maka hitung percepatan masing-masing benda untuk gambar di bawah ini ! Diketahui massa benda A = 5 kg dan massa benda B = 3 kg.

FISIKA I

*FISIKA I*SOAL

3.Dua benda A (mA = 2 kg) dan B (mB = 4 kg) diletakkan seperti pada gambar. Benda B dihubungkan dengan benda C oleh sebuah tali tak bermassa. Massa mC = 6 kg. Antara benda B dengan alas mempunyai k = 0,5. Benda B dipercepat tepat pada saat benda A akan bergeser dari B. Percepatan g = 10 m/s2.

C

B

AHitung koefisien gesek statik antara A dan BHitung tegangan tali

FISIKA I

*FISIKA I*SOLUSI

1.Gaya yang bekerja pada benda A : T WAsin 37o = mAaGaya yang bekerja pada benda B : WBsin 53o T = mBaDengan menjumlahkan persamaan di atas diperoleh : (mBsin 53o- mAsin 37o)g = (mA + mB)aTegangan tali T = WAsin 37o + mAa = 16 N

Diperoleh :

FISIKA I

*FISIKA I*SOLUSI

2.Dalam sistem benda seperti soal, benda A turun ke bawah. Dengan demikian persamaan geraknya adalah : WA sin37o T fk = mAa.Diketahui fk = kWA cos37o.Persamaan gerak untuk benda dengan massa 3 kg adalah T WB sin53o = mBa. Dari kedua persamaan tersebut diperoleh WA sin37o kWA cos37o WB sin53o = (mA + mB)aDiperoleh : 8a = 50.0,6 0,1.50.0,8 30.0,8 atau a = m/s2

TTafk

FISIKA I

*FISIKA I*SOLUSI

3. a.

Untuk benda A, gaya yang bekerja :

WANAfsFfFf menyatakan gaya fiktif karena kerangka acuan dari benda A, yaitu benda B, mengalami percepatan.Besar gaya fiktif Ff = mAa. Dengan a menyatakan percepatan benda B. Dengan demikian berlaku persamaan : Ff = fs atau sNA = mAa (1)

FISIKA I

*FISIKA I*SOLUSI

Untuk benda B, gaya yang bekerja :Untuk arah percepatan persamaan gayanya adalah :T fk = (mB+mA)a(2)Dengan fk = kNB = k(WA + WB) = kg(mA + mB) Untuk benda C, gaya yang bekerja :

FISIKA I

*FISIKA I*SOLUSI

Untuk arah percepatan persamaan gayanya adalah :WC T = mCa(3)Jika persamaan (2) dan (3) dijumlahkan, diperoleh :(mA + mB)a = [mC - k(mA + mB)]gAtau : 6a = (6 0,5.6).10 = 30. Diperoleh a = 5 m/s2Dari persamaan (1) diperoleh : s =

FISIKA I

*