Senin, 26 Maret 2012

GAYA




4.1. PEMERIKSAAN RANTAI FISIKA 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 potensial simetri 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