4.1. PEMERIKSAAN RANTAIFISIKA GAYA
DAN ENERGI DAN USAHA
Gaya
adalah Besaran fisika, karena dapat diukur. Satuan Gaya adalah Newton ( N )
atau Dyne.
Contoh gaya
terhadap benda
1. perubahan bentuk benda, misalnya Plastisin
2. pperubahan arah gerak benda, misalnya bola mengelinding, kemudian dibelokkan
arahnya dengan kaki
3. Perubahan tempat kedudukan benda, misalnya batu yang dilempar mengalami
perubahan tempat Jenis
gaya dapat dibagi 2 yaitu : a. Gaya
Sentuh
adalah Gaya
yang ditimbulakan karena adanya sentuhan. Contohnya gaya
oto, gya mesin dan gaya gesek
b. Gaya tak
sentuh
adalah Gaya
yang ditimbulkan tanpa sentuhan. Contohnya : gaya
gravitasi, gaya listrik dan gaya magnet
Gaya dalam
prakteknya :
Gaya dalam Relativitas Khusus
Dalam teori relativitas khusus, massa
dan energi adalah sama (sebagaimana dapat dilihat dengan menghitung kerja yang
diperlukan untuk mempercepat benda). Ketika kecepatan suatu objek meningkat
demikian juga energinya dan oleh karenanya ekivalensi massanya (inersia). Hal
ini memerlukan gaya
yang lebih besar untuk mempercepat benda sejumlah yang sama daripada itu
lakukan pada kecepatan yang lebih rendah. Definisi masih valid.
Gaya dan Potensial
Disamping gaya, konsep yang sama secara
matematis dari medan
energi potensial dapat digunakan untuk kesesuaian. Sebagai contoh, gaya gravitasi yang beraksi pada suatu benda dapat
dipandang sebagai aksi medan
gravitasi yang hadir pada lokasi benda. Pernyataan ulang secara matematis
definisi energi (melalui definisi kerja), medan
skalar potensial didefinisikan sebagai medan
yang mana gradien adalah sama dan berlawanan dengan gaya yang dihasilkan pada setiap setiap
titik. Gaya
dapat diklasifikasi sebagai konservatif atau non konservatif. Gaya konservatif sama dengan gradien
potensial.
Gaya konservatif
Gaya
konservatif yang beraksi pada sistem tertutup memiliki sebuah kerja mekanis
terkait yang memperkenankan energi untuk mengubah hanya antara bentuk kinetik
atau potensial. Hal ini berarti bahwa untuk sistem tertutup, energi mekanis
netto adalah kekal kapan pun gaya
konservatif beraksi pada sistem. Gaya, oleh
karena itu, terkait secara langsung dengan perbedaan energi potensial antara
dua lokasi berbeda dalam ruang dan dapat ditinjau sebagai artifak, benda
(artifact) medan
potensial dalam cara yang sama bahwa arah dan jumlah aliran air dapat ditinjau
sebagai artifak pemetaan kontur (contour map) dari ketinggian area. Gaya konservatif meliputi gravitasi, gaya
elektromagnetik, dan gaya
pegas. Tiap-tiap gaya
ini, oleh karena itu, memiliki model yang gayut pada posisi seringkali
diberikan sebagai vektor radial eminating dari potensialsimetri bola.
Gaya non konservatif
Untuk skenario fisis tertentu, adalah tak mungkin untuk memodelkan gaya sebagaimana
dikarenakan gradien potensial. Hal ini seringkali dikarenakan tinjauan
makrofisis yang mana menghasilkan gaya
sebagai kemunculan dari rata-rata statistik makroskopik dari keadaan mikro.
Sebagai contoh, friksi disebabkan oleh gradien banyak potensial elektrostatik
antara atom-atom, namun mewujud sebagai model gaya yang tak gayut sembarang vektor posisi
skala makro. Gaya non konservatif selain friksi meliputi gaya kontak yang lain, tegangan,
tekanan, dan seretan (drag). Akan tetapi, untuk sembarang deskripsi detail yang
cukup, seluruh gaya ini adalah hasil gaya konservatif karena tiap-tiap gaya makroskopis ini adalah hasil netto
gradien potensial mikroskopis. Hubungan antara gaya
non konservatif makroskopis dan gaya
konservatif mikroskopis dideskripsikan oleh perlakuan detail dengan mekanika
statistik. Dalam sistem tertutup makroskopis, gaya non konservatif beraksi untuk mengubah
energi internal sistem dan seringkali dikaitkan dengan transfer panas. Menurut
Hukum Kedua Termodinamika, gaya
non konservatif hasil yang diperlukan dalam transformasi energi dalam sistem
tertutup dari kondisi terurut menuju kondisi lebih acak sebagaimana entropi
meningkat.
Satuan Ukuran
Satuan SI yang digunakan untuk mengukur gaya adalah newton (simbol N), yang mana
adalah ekivalen dengan kg.m.s-2. Satuan CGS lebih awal adalah dyne. Hubungan F
= m.a dapat digunakan dengan yang mana pun. Besaran gaya pada suatu benda
bergantung pada masdsa dan percepatan gerak benda itu.
Rumusnya :F = m x
a Keterangan :
F adalah Gaya ( N )
m adalah Massa benda ( kg )
a adalah Percepatan ( m/s2 atau N/kg
Satuan- satuan gaya yang lain adalah dyne
kgf (kilogram farce)
1 newton = 105 dyne
1kyf =
9,8 newton Penjumlahan gaya
Untuk menghitung dua
atau lebih gaya pada suatu benda dalam satu garis kerja dapat di ganti dengan
sebuah gaya yang disebut resultan atau penjumlahan gaya, Besar dan arah
resultan gaya bergantung pada brsar dan arah gaya awal .
a. Gaya-gaya searah
R = F1+F2
b. Gaya-gaya berlawanan arah
R = F1-F2
c. Gaya-gaya tegak lurus
Penjumlahan gaya dikatakan seimbang apabila R=0 atau benda dalam keadaan diam.
F1=F2
maka: R = F1-F2
R =0
Contoh Soal dan
Pembahasan Momen Gaya dan Momen Inersia, Materi Fisika Kelas 11 (2) SMA. Contoh
mencakup penggunaan rumus momen gaya, momen
inersia untuk massa
titik dan momen inersia beberapa bentuk benda, silinder pejal, bola pejal dan
batang tipis.
Soal No. 1
Empat buah gaya
masing-masing :
F1 = 100 N
F2 = 50 N
F3 = 25 N
F4 = 10 N
bekerja pada benda yang memiliki poros putar di titik P seperti ditunjukkan
gambar berikut!
Jika ABCD adalah persegi dengan sisi 4 meter, dan tan 53o = 4/3,
tentukan besarnya momen gaya
yang bekerja pada benda dan tentukan arah putaran gerak benda! Pembahasan
Diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda (tampak depan) sebagai gambar berikut
:
Misal :
(+) untuk putaran searah jarum jam
(−) untuk putaran berlawanan arah
jarum jam
(Ket : Boleh dibalik)
Sesuai perjanjian tanda di atas, benda berputar searah jarum jam Soal No. 2
Empat buah gaya
masing-masing :
F1 = 10 N
F2 = 10 N
F3 = 10 N
F4 = 10 N
dan panjang AB = BC = CD = DE = 1 meter
Dengan mengabaikan berat batang AE, tentukan momen gaya yang bekerja pada batang dan arah
putarannya jika:
a) poros putar di titik A
b) poros putar di titik D Pembahasan
a) poros putar di titik A
Putaran searah jarum jam.
b) poros putar di titik D
Putaran berlawanan arah dengan jarum jam Soal No. 3
Susunan 3 buah massa
titik seperti gambar berikut!
Jika m1 = 1 kg, m2 = 2 kg dan m3 = 3 kg,
tentukan momen inersia sistem tersebut jika diputar menurut :
a) poros P
b) poros Q Pembahasan
a) poros P
b) poros Q Soal No. 4 Lima titik massa
tersusun seperti gambar berikut!
m1 = 1 kg, m2 = 2 kg , m3 = 3 kg, m4
= 4 kg, m5 = 5 kg
Tentukan momen inersianya jika:
a) poros putar sumbu X
b) poros putar sumbu Y Pembahasan
a) poros putar sumbu X
b) poros putar sumbu Y Soal
No. 5
Tiga buah benda masing-masing :
Bola pejal massa 5 kg
Silinder pejal massa 2 kg
Batang tipis massa
0,12 kg
D = 2 m
Tentuka momen inersia masing-masing benda dengan pusat benda sebagai
porosnya! Pembahasan
Bola pejal
Silinder pejal
Batang
Tidak ada komentar:
Posting Komentar