GAYA - GAYA KONSERVATIF DAN TAK KONSERVATIF

A. Elastisitas dan Hukum Hooke Sifat benda:

1. Benda Tegar 2. Benda Elastis3. Benda bersifat plastis

Benda Elastis adalah benda yang jika diberi gaya bentuknya akan berubah tetapi jika gaya tersebut dihilangkan bentuknya akan kembali seperti semula.

Contohnya PegasHubungan antara panjang dengan gaya dirumuskan dalam hukum Hooke.

Tenaga kinetik benda di artikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha karena adanya gerak.Anggaplah ada sebuah pegas yang salah satu ujungnya di ikatkan pada dinding kaku.Kemudian kita luncurkan sebuah balok bermassa dengan kecepatan langsung ke arah pegas. Bidang datar di anggap licin & pegasnya ideal ,maksudnya ia memenuhi hukum Hooke.

Dengan adalah gaya yang dilakukan oleh pegas bila ujung bebasnya di geser sejauh ;kita aggap juga bahwa massa pegas sangat kecil dibandingkan dengan massa balok ,sehingga tenaga kinetik pegas dapat di abaikan .Gaya elastis yang dilakukan oleh pegas ideal ini dan gaya lain yang berlaku serupa, disebut bersifat konservatif. Gaya gravitasi juga konservatif; jika sebuah bola di lempar ke atas, ia akan kembali ke tangan kita dengan tenaga kinetik yang sama seperti ketika ia lepas dari tangan kita.Jika suatu partikel bekerja satu atau lebih gaya dan ketika ia kembali ke posisi semula tenaga kinetiknya berubah ,maka kemampuan melakukan usahanya telah berubah.Dalam hal ini kemampuan melakukan usaha tidak kekal,dan sedikitnya salah satu gaya yang bekerja tak konservatif. Gaya induksi dalam betatron juga tak konservatif.

● “Suatu gaya bersifat konservatif jika usaha yang dilakukan oleh gaya itu pada sebuah partikal yang bergerak menempuh sembarang putaran perjalanan sampai kembali ke titik semula sama dengan nol.Suatu gaya di sebut tak konservatif

1

jika usaha yang di lakukan oleh gaya itu pada sebuah partikel yang bergerak menempuh sembarang putaran perjalanan sampai kembali ke titik semula tidak sama dengan nol”.

● “Suatu gaya adalah konservatif jika usaha yang dilakukannya pada sebuah partikel yang bergerak diantara dua titik hanya bergantung kepada titik-titik ini dan tidak bergantung kepada lintasan yang di tempuhnya .Suatu gaya adalah tak konservatif jika usaha yang dilakukannya pada sebuah partikel yang bergerak di antara dua titik bergantung kepada lintasan yang di tempuh di antara kedua titik tersebut”.

Definisi gaya konservatif yang di berikan di atas setara satu dengan yang lainnya.Pendekatan putaran lintasan dengan jelas memperlihatkan bahwa tenaga kinetik adalah kekal ,jika hanya gaya-gaya konservatif yang bekerja.Tetapi jika kita ingin mengembangkan gagasan tenaga potensial,pernyataan tidak bergantung kepada lintasan lebih baik.

B. Tenaga Potensial Tenaga potensial sistem merupakan suatu bentuk energi yang tersimpan,yang

dapat di munculkan dan diubah sepenuhnya menjadi tenaga kinetik.Tenaga potensial tidak dapat di kaitkan dengan gaya tak konsevatif, seperti misalnya gaya gesekan,karena tanaga kinetik dalam sistem demikian tidak kembali ke harga semula ketika sistem mencapai konfigurasi mula-mula.Untuk memperjelas konsep tenaga potesial ,baiklah kita tinjau teorema usaha tenaga ,, dengan W adalah usaha yang di lakukan oleh gaya resultan pada partikel ketika ia pindah dari a ke b .

Usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif hanya bergantung kepada titik awal dan titik akhir gerak dan tidak bergantung kepada lintasan yang di tempuh di antaranya. Gaya yang demikian hanya bergantung kepada posisi partikel dan tidak bergantung kepada, misalnya, kecepata partikel atau waktu. Tenaga potensial hanya ada artinya untuk gaya-gaya konservatif saja.Seringkali persoalan dapat dipecahkan dengan mencari sesuatu yang konstan selama gerak ,tanpa harus menganalisa gaya-gaya ataupun menuliskan hukum Newton, dalam hal ini sesuatu yang konstan itu adalah tenaga mekanis.

Tenaga potensial adalah fungsi posisi yang negatif turunannya menghasilkan gaya.

C. Sistem Konservatif Satu DimensiDalam gerak satu dimensi ada dua contoh gaya konservatif, yaitu gaya gravitasi untuk gerak di dekat permukaan bumi dan gaya pemulih elastik dari suatu pegas (ideal) yang direntangkan.

● Gaya gravitasi Rumus :

2

● Gaya yang di lakukan oleh pegas elastik pada suatu benda Rumus :

Tenaga kinetik suatu benda adalah usaha yang dapat dilakukan oleh benda itu karena geraknya.Tenaga kinetik dinyatakan dengan rumus .Tenaga potensial suatu sistem benda adalah usaha yang dapat dilakukan oleh sistem karena posisi relatif bagian –bagiannya, yaitu karena konfigurasinya. Secara umum, tenaga potensial bukan milik salah satu benda secara terpisah, melainkan merupakan milik bersama keseluruhan sistem.

D. Sistem konservatif dua atau tiga dimensiJika usaha yang di lakukan oleh gaya hanya bergantung kepada titik –titik ujung gerak dan tidak bergantung kepada lintasan yang di tempuh di antara kedua titik ini, maka gaya tersebut konservatif.

E. Gaya-gaya tak konservatifDisamping gaya konservatif, ada sebuah gaya tak konservatif yang ditimbulkan oleh gesekan pada partikel. Adanya gaya gesekan menyebabkan tenaga mekanis total tidak lagi konstan, tetapi berubah sebesar usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan.Gesekan adalah salah satu contoh gaya disipatif, yaitu gaya yang melakukan usaha negatif pada benda dan cenderung mengurangi tenaga mekanis total sistem.Kekekalan tenaga mekanis hanya dapat di anggap berlaku jika tidak ada gaya tak konservatif yang bekerja, atau jika usaha yang dilakukan gaya tak konservatif dapat di abaikan.Tenaga mekanis yang “hilang” akibat adanya gesekan akan beralih ragam menjadi tenaga internal yang menimbulkan kenaikan temperatur. Besarnya tenaga internal yang terbentuk tepat sama dengan tenaga mekanis yang melesap (terdisipasi).Jika hanya gaya konservatif dan gaya gesekan yang bekerja pada sistem, maka tidak ada perubahan jumlah tenaga mekanis dan tenaga internal sistem.

F. Kekekalan tenaga (Conservation of energy)Tenaga dapat beralih ragam dari satu bentuk ke bentuk yang lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan; tenaga total selalu konstan. Tenaga kinetik dan potensial hanya kekal jika gaya–gaya yang bekerja konservatif, sedangkan tenaga total selalu kekal .

G. Massa dan tenagaSalah satu hukum besar tentang kekekalan dalam ilmu pengetahuan adalah hukum kekekalan materi. Dari segi filsafat pernyataan ini dahulu pernah di

3

kemukakan oleh penyair Roma, Lucretius, pada jaman Julius Caesar, dalam karyanya yang terkenal De Rerum Natura. Lucretius menuliskan ”Yang ada tidak dapat dilahirkan dari yang tidak ada, dan jika telah ada tidak dapat di kembalikan ke tidak ada”. Lama kemudian barulah konsep ini berkembang menjadi prinsip ilmiah yang teguh.Sumbangan eksperimental utama di buat oleh Antoine Lavoiser (1743-1794), yang oleh banyak orang dianggap sebagai bapak ilmu kimia modern. Dalam tahun 1789 ia menuliskan “Kita harus menerimanya sebagai aksioma yang tidak perlu di perdebatkan, bahwa dalam semua kegiatan (operasi) seni dan alam, tidak ada yang diciptakan; jumlah materi yang sama ada sebelum dan sesudah eksperimen...tidak ada hal lain yang terjadi selain daripada perubahan dan modifikasi susunan unsur-unsur ini.”Prinsip ini yang disebut kekekalan massa, telah terbukti bermanfaat dalam ilmu fisika dan kimia. Keragu-raguan tentang kesahihan prinsip ini dikemukakan oleh Albert Einsten dalam tulisannya mengenai teori relativitas, yang kemudian didukung oleh percobaan–percobaan dengan elektron yang bergerak cepat dan dengan bahan-bahan nuklir.Penemuan Einstein mengusulkan bahwa jika hukum-hukum fisika tertentu ingin dipertahankan, massa partikel harus didefinisikan kembali.Jadi tenaga kinetik partikel adalah perkalian dengan pertambahan massa yang diperoleh karena geraknya.Kesetaraan tenaga dan massa: untuk setiap satuan tenaga , apapun jenisnya, yang diberikan pada benda bermateri, akan diperoleh kenaikan massa sebesar

Ini adalah rumus Einstein yang sangat terkenal.Einstein menyebutkan, ”Fisika pra-relativitas memuat dua hukum kekekalan dasar yang sangat penting, yaitu hukum kekekalan tenaga dan hukum kekekalan massa; keduanya muncul tanpa ada hubungan satu dengan lainnya. Melalui teori relativitas keduanya melebur bersama-sama menjadi satu prinsip.”

4