Gaya Dan Hukum-Hukum Gaya Dan Hukum-Hukum Newton tentang GerakNewton tentang Gerak

Konsep Gaya Dan MassaKonsep Gaya Dan Massa

GayaGaya

Dalam penggunaan sehari-hari, gaya adalah gaya Dalam penggunaan sehari-hari, gaya adalah gaya dorong dan gaya tarikdorong dan gaya tarik

Beberapa gaya berkenaan dengan Beberapa gaya berkenaan dengan gaya tidak-gaya tidak-kontakkontak atau atau gaya yang bekerja jarak jauhgaya yang bekerja jarak jauh..

Contoh gaya tidak kontak adalah seorang penerjun Contoh gaya tidak kontak adalah seorang penerjun payung yang tertarik ke arah bumi karena adanya payung yang tertarik ke arah bumi karena adanya gaya gravitasi.gaya gravitasi.

Gaya merupakan kuantitas vektor yang berarti Gaya merupakan kuantitas vektor yang berarti memiliki besar dan arah.memiliki besar dan arah.

MassaMassa

Massa merupakan ukuran kuantitatif dari Massa merupakan ukuran kuantitatif dari inersia suatu benda.inersia suatu benda.

Beberapa benda besar sukar untuk Beberapa benda besar sukar untuk dipindahkan atau cukup sulit untuk dipindahkan atau cukup sulit untuk menghentikannya ketika benda tersebut menghentikannya ketika benda tersebut sedang bergerak. sedang bergerak.

Massa merupakan kuantitas skalar.Massa merupakan kuantitas skalar.

Massa Dan GayaMassa Dan Gaya

Pada abad ke tujuhbelas, Isaac Newton, Pada abad ke tujuhbelas, Isaac Newton, mengembangkan pekerjaan yang mengembangkan pekerjaan yang ditinggalkan Galileo, merumuskan tiga ditinggalkan Galileo, merumuskan tiga hukum penting yang berkaitan dengan gaya hukum penting yang berkaitan dengan gaya dan massa.dan massa.

Kumpulan ketiganya dikenal dengan Kumpulan ketiganya dikenal dengan “Hukum-Hukum Newton tentang Gerak” “Hukum-Hukum Newton tentang Gerak” dan memberikan dasar untuk mengetahui dan memberikan dasar untuk mengetahui pengaruh gaya terhadap sebuah benda.pengaruh gaya terhadap sebuah benda.

Hukum I NewtonHukum I Newton

Sebuah benda akan selalu dalam keadaan Sebuah benda akan selalu dalam keadaan diam atau akan selalu bergerak dengan laju diam atau akan selalu bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus, kecuali dipaksa tetap sepanjang garis lurus, kecuali dipaksa untuk mengubah keadaannya dengan untuk mengubah keadaannya dengan memberikan resultan gaya eksternal.memberikan resultan gaya eksternal.

Resultan gaya eksternal adalah jumlahan vektor dari semua gaya eksternal yang bekerja.

Inersia Dan MassaInersia Dan Massa

Jumlah resultan gaya yang diperlukan untuk Jumlah resultan gaya yang diperlukan untuk merubah kecepatan suatu benda berbeda merubah kecepatan suatu benda berbeda satu dengan yang lainnya. satu dengan yang lainnya.

Secara kuantitatif, inersia dari suatu benda Secara kuantitatif, inersia dari suatu benda dapat diukur melalui massa benda tersebut.dapat diukur melalui massa benda tersebut.

Definisi Dari Inersia Dan Definisi Dari Inersia Dan MassaMassa

Inersia merupakan kecenderungan dasar Inersia merupakan kecenderungan dasar dari sebuah benda untuk tetap dalam dari sebuah benda untuk tetap dalam keadaan diam atau tetap bergerak dengan keadaan diam atau tetap bergerak dengan laju konstan sepanjang garis lurus. laju konstan sepanjang garis lurus.

Massa merupakan ukuran kuantitatif dari Massa merupakan ukuran kuantitatif dari inersia.inersia.

Satuan SI dari Massa:Satuan SI dari Massa: : kilogram (kg) : kilogram (kg) Massa and berat merupakan konsep yang Massa and berat merupakan konsep yang

berbeda.berbeda.

Applikasi dari inersiaApplikasi dari inersia

Inersia memainkan peranan Inersia memainkan peranan penting dalam mekanisme penting dalam mekanisme sabuk pengaman. Bagian sabuk pengaman. Bagian abu-abu dari gambar bekerja abu-abu dari gambar bekerja apabila mobil dalam keadaan apabila mobil dalam keadaan diam atau bergerak dengan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan. Bagian kecepatan konstan. Bagian yang berwarna dari gambar yang berwarna dari gambar menunjukkan yang terjadi menunjukkan yang terjadi ketika mobil tiba-tiba ketika mobil tiba-tiba melambat, ketika kalau melambat, ketika kalau terjadi kecelakaan.terjadi kecelakaan.

Kerangka Acuan InersiaKerangka Acuan Inersia

DEFINISIDEFINISISebuah kerangka acuan inersia adalah Sebuah kerangka acuan inersia adalah kerangka acuan dimana hukum Newton kerangka acuan dimana hukum Newton berlaku.berlaku.

Percepatan dari kerangka acuan inersia Percepatan dari kerangka acuan inersia adalah nol, sehingga kerangka acuan adalah nol, sehingga kerangka acuan tersebut bergerak dengan kecepatan tersebut bergerak dengan kecepatan konstan.konstan.

Kerangka Acuan InersiaKerangka Acuan Inersia

Semua hukum Newton tentang gerak Semua hukum Newton tentang gerak berlaku di kerangka acuan inersia dan berlaku di kerangka acuan inersia dan ketika kita mengaplikasikan hukum ketika kita mengaplikasikan hukum tersebut, kita harus mengasumsikan bahwa tersebut, kita harus mengasumsikan bahwa kita bekerja di kerangka acuan tersebut. kita bekerja di kerangka acuan tersebut.

Dalam hal khusus, bumi sendiri merupakan Dalam hal khusus, bumi sendiri merupakan aproksimasi yang bagus dari kerangka aproksimasi yang bagus dari kerangka acuan inersia.acuan inersia.

Hukum II NewtonHukum II Newton

Ketika resultan gaya eksternal Ketika resultan gaya eksternal FF bekerja bekerja pada sebuah benda yang bermassa pada sebuah benda yang bermassa mm, , percepatan percepatan aa muncul secara langsung muncul secara langsung berbanding lurus dengan gaya total dan berbanding lurus dengan gaya total dan memiliki besar yang berbanding terbalik memiliki besar yang berbanding terbalik dengan massa dengan massa ΣΣFF = = mmaa..

Arah dari percepatan sama dengan arah dari Arah dari percepatan sama dengan arah dari resultan gaya. resultan gaya.

Satuan SI dari Gaya: Satuan SI dari Gaya: kg·m/skg·m/s22 = newton (N) = newton (N)

Hukum II Newton tentang GerakHukum II Newton tentang Gerak

Yang termasuk resultan gaya hanya gaya-Yang termasuk resultan gaya hanya gaya-gaya dari lingkungan yang mempengaruhi gaya dari lingkungan yang mempengaruhi gerak benda. gerak benda.

Gaya ini disebut dengan gaya eksternal. Gaya ini disebut dengan gaya eksternal.

Satuan Untuk Massa, Satuan Untuk Massa, Percepatan, Dan GayaPercepatan, Dan Gaya

Contoh: Mendorong Mobil mogokContoh: Mendorong Mobil mogok

Dua orang sedang mendorong mobil yang mogok, Dua orang sedang mendorong mobil yang mogok, seperti gambar. Massa dari mobil adalah 1850 kg. seperti gambar. Massa dari mobil adalah 1850 kg. Orang pertama memberikan gaya 275 N kepada mobil Orang pertama memberikan gaya 275 N kepada mobil dan yang lainnya memberikan gaya sebesar 395 N. dan yang lainnya memberikan gaya sebesar 395 N. Kedua gaya ini bekerja dengan arah yang sama. Gaya Kedua gaya ini bekerja dengan arah yang sama. Gaya ketiga 560 N juga bekerja pada mobil tetapi dengan ketiga 560 N juga bekerja pada mobil tetapi dengan arah yang berlawanan dengan gaya yang diberikan arah yang berlawanan dengan gaya yang diberikan oleh kedua orang tadi. Gaya ini muncul akibat oleh kedua orang tadi. Gaya ini muncul akibat gesekan yang bekerja berlawanan dengan gerak dari gesekan yang bekerja berlawanan dengan gerak dari roda. Tentukanlah percepatan dari mobil tersebut?roda. Tentukanlah percepatan dari mobil tersebut?

Contoh: Mendorong Mobil mogokContoh: Mendorong Mobil mogok

SolusiSolusi

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan Berdasarkan hukum II Newton, percepatan adalah resultan gaya dibagi dengan massa adalah resultan gaya dibagi dengan massa dari mobil.dari mobil.

Untuk menentukan resultan gaya, gunakan Untuk menentukan resultan gaya, gunakan diagram benda bebas pada gambar diagram benda bebas pada gambar bb. Pada . Pada diagram ini, mobil direpresentasikan diagram ini, mobil direpresentasikan sebagai benda titik, dan gerak mobil sebagai benda titik, dan gerak mobil sepanjang sumbu +sepanjang sumbu +xx. .

Resultan gaya adalah:Resultan gaya adalah:

N 110560395275 +=−++=∑F Percepatan dapat ditentukan dengan:Percepatan dapat ditentukan dengan:

m/s 059,01850

110 +=+== ∑mF

a

Tanda plus menunjukkan bahwa percepatan Tanda plus menunjukkan bahwa percepatan berarah ke sumbu +berarah ke sumbu +xx, searah dengan arah , searah dengan arah resultan gaya.resultan gaya.

SolusiSolusi

Sifat Vektor dari Hukum II Sifat Vektor dari Hukum II Newton tentang GerakNewton tentang Gerak

Resultan gaya Resultan gaya F F dalam hukum II Newton dalam hukum II Newton mempunyai komponen mempunyai komponen FFxx and and FFyy, sehingga , sehingga

percepatan percepatan aa juga mempunyai komponen juga mempunyai komponen aaxx and and aayy..

yy

xx

maF

maF

==

∑∑

Contoh: Penggunaan Hukum II Newton Contoh: Penggunaan Hukum II Newton dengan menggunakan komponennyadengan menggunakan komponennya

Seseorang kandas diatas rakit (massa dari orang Seseorang kandas diatas rakit (massa dari orang dan rakit = 1300 kg) seperti pada gambar. dan rakit = 1300 kg) seperti pada gambar. Dengan menggunakan dayung, orang tersebut Dengan menggunakan dayung, orang tersebut menyebabkan gaya rata-rata menyebabkan gaya rata-rata PP sebesar 17 N sebesar 17 N bekerja pada rakit dengan arah timur (arah +bekerja pada rakit dengan arah timur (arah +xx). ). Angin juga menyebabkan gaya sebesar Angin juga menyebabkan gaya sebesar AA pada pada rakit. Gaya ini besarnya 15 N dan memiliki arah rakit. Gaya ini besarnya 15 N dan memiliki arah 6767° ke seperti gambar. Abaikan hambatan dari ° ke seperti gambar. Abaikan hambatan dari air, tentukan komponen air, tentukan komponen xx dan dan yy dari percepatan dari percepatan rakit tersebut.rakit tersebut.

Contoh: Penggunaan Hukum II Newton Contoh: Penggunaan Hukum II Newton dengan menggunakan komponennyadengan menggunakan komponennya

SolusiSolusi

Komponen gaya:Komponen gaya:

Tanda plus menunjukkan bahwa Tanda plus menunjukkan bahwa ΣΣFFxx dalam dalam

arah sumbu +arah sumbu +xx dan dan ΣΣFFyy dalam arah sumbu dalam arah sumbu

++yy.. Komponen percepatan arah Komponen percepatan arah xx dan dan y y searah searah

dengan arah dengan arah ΣΣFFxx dan dan ΣΣFFyy, , sehingga dapat sehingga dapat

dihitung dengan:dihitung dengan:

2

2

m/s 011,01300

14

m/s 018,01300

23

+=+==

+=+==

∑

∑

m

Fa

mF

a

yy

xx

SolusiSolusi

Hukum III Newton tentang Hukum III Newton tentang GerakGerak

Ketika benda pertama memberikan gaya Ketika benda pertama memberikan gaya pada benda kedua, maka benda kedua akan pada benda kedua, maka benda kedua akan memberikan gaya yang besarnya sama memberikan gaya yang besarnya sama tetapi memiliki arah yang berbeda kepada tetapi memiliki arah yang berbeda kepada benda pertama tadi.benda pertama tadi.

Contoh: Percepatan yang Dihasilkan Gaya Contoh: Percepatan yang Dihasilkan Gaya Aksi ReaksiAksi Reaksi

Andaikan massa dari sebuah Andaikan massa dari sebuah pesawat angkasapesawat angkasa dalam gambar di dalam gambar di samping adalah samping adalah mmss = 11.000 kg dan = 11.000 kg dan

massa dari astronot massa dari astronot mmAA = 92 kg. = 92 kg.

Asumsikan bahwa astronot Asumsikan bahwa astronot mengerjakan gaya P = + 36 N pada mengerjakan gaya P = + 36 N pada pesawat. Tentukanlah percepatan pesawat. Tentukanlah percepatan dari pesawat dan astronot tersebut. dari pesawat dan astronot tersebut.

SolusiSolusi Berdasarkan hukum III Newton, ketika astronot Berdasarkan hukum III Newton, ketika astronot

mengerjakan gaya mengerjakan gaya PP = +36 N kepada pesawat maka = +36 N kepada pesawat maka pesawat akan memberikan gaya reaksi –pesawat akan memberikan gaya reaksi –PP=-36 N kepada =-36 N kepada astronot. Meskipun gaya aksi dan reaksi memiliki besar astronot. Meskipun gaya aksi dan reaksi memiliki besar yang sama, tetapi astronot dan pesawat tersebut tidak yang sama, tetapi astronot dan pesawat tersebut tidak memiliki percepatan yang sama besarnya, karena memiliki percepatan yang sama besarnya, karena keduanya memiliki massa yang berbeda.keduanya memiliki massa yang berbeda.

Berdasarkan hukum II Newton, astronot yang memiliki Berdasarkan hukum II Newton, astronot yang memiliki massa lebih kecil akan mengalami percepatan yang lebih massa lebih kecil akan mengalami percepatan yang lebih besar dibandingkan dengan pesawat.besar dibandingkan dengan pesawat.

Dalam mengaplikasikan hukum II Newton, resultan gaya Dalam mengaplikasikan hukum II Newton, resultan gaya yang bekerja pada pesawat adalah yang bekerja pada pesawat adalah FF = = PP, dan resultan , dan resultan gaya yang bekerja pada astronot adalah gaya yang bekerja pada astronot adalah FF = - = -PP..

Percepatan dari pesawat adalah: Percepatan dari pesawat adalah:

2m/s 0033,011000

36 +=+==sm

PaS

2m/s 39,09236 −=−=−=

AmP

aA

Percepatan dari astronot adalah:Percepatan dari astronot adalah:

SolusiSolusi

Macam-macam GayaMacam-macam Gaya

Sekilas tentang KonsepSekilas tentang Konsep

Ketiga hukum Newton tentang gerak Ketiga hukum Newton tentang gerak membuat jelas gaya yang berperan penting membuat jelas gaya yang berperan penting dalam gerak suatu benda.dalam gerak suatu benda.

Konsep gaya yng paling penting adalah Konsep gaya yng paling penting adalah bahwa hukum II Newton selalu berlaku, bahwa hukum II Newton selalu berlaku, tidak peduli gaya-gaya apa saja yang tidak peduli gaya-gaya apa saja yang bekerja pada benda tsb.bekerja pada benda tsb.

Gaya-Gaya FundamentalGaya-Gaya Fundamental

Gaya GravitasiGaya Gravitasi Gaya inti kuatGaya inti kuat Gaya inti lemahGaya inti lemah Gaya ElektromagnetikGaya Elektromagnetik

Pada saat ini kita lebih

memfokuskan kepada gaya ini!

Hukum Newton tentang GravitasiHukum Newton tentang Gravitasi

Setiap partikel di alam semesta ini Setiap partikel di alam semesta ini menimbulkan suatu gaya tarik terhadap menimbulkan suatu gaya tarik terhadap partikel lainnya.partikel lainnya.

Untuk dua partikel yang memiliki massa Untuk dua partikel yang memiliki massa mm11 dan dan mm2 2 serta terpisah sejauh serta terpisah sejauh rr, sehingga gaya , sehingga gaya yang dirasakan oleh partikel satu terhadap yang dirasakan oleh partikel satu terhadap partikel lainnya diberikan oleh:partikel lainnya diberikan oleh:

221

r

mmGF =

Simbol Simbol GG menyatakan konstanta gravitasi menyatakan konstanta gravitasi universal, universal, G = 6.672 59 × 10G = 6.672 59 × 10-11-11 N·m N·m22/kg/kg22

Nilai dari G pertama kali diukur dalam Nilai dari G pertama kali diukur dalam suatu eksperimen oleh ilmuwan Inggris suatu eksperimen oleh ilmuwan Inggris Henry Cavendish (1731–1810), lebih dari Henry Cavendish (1731–1810), lebih dari seabad sesudah Newton menyatakan seabad sesudah Newton menyatakan teorinya tentang gravitasi universal.teorinya tentang gravitasi universal.

Hukum Newton tentang GravitasiHukum Newton tentang Gravitasi

BeratBerat DEFINISIDEFINISI

Berat sebuah benda di bumi Berat sebuah benda di bumi disebabkan pengaruh gaya gravitasi disebabkan pengaruh gaya gravitasi bumi terhadap benda tersebut.bumi terhadap benda tersebut.

Berat selalu mengarah ke bawah, Berat selalu mengarah ke bawah, menuju pusat dari bumi.menuju pusat dari bumi.

SI Unit of Weight:SI Unit of Weight: newton (N)newton (N)

Hubungan antara Hubungan antara Massa dengan BeratMassa dengan Berat

Massa adalah ukuran kuantitatif dari inersia suatu Massa adalah ukuran kuantitatif dari inersia suatu benda. Massa merupakan sifat intrinsik dari bahan benda. Massa merupakan sifat intrinsik dari bahan dan tidak berubah apabila benda tersebut dan tidak berubah apabila benda tersebut dipindahkan dari satu lokasi le lokasi yang lain. dipindahkan dari satu lokasi le lokasi yang lain.

Berat adalah pengaruh bekerjanya gaya gravitasi Berat adalah pengaruh bekerjanya gaya gravitasi terhadap sebuah benda dan dapat berubah-ubah, terhadap sebuah benda dan dapat berubah-ubah, tergantung kepada berapa jauh benda tersebut tergantung kepada berapa jauh benda tersebut berada di atas permukaan bumi.berada di atas permukaan bumi.

Hubungan antara berat Hubungan antara berat WW dan massa dan massa mm dapat dapat dituliskan sebagai berikut:dituliskan sebagai berikut:

Berat suatu benda yang bermassa Berat suatu benda yang bermassa mm bergantung bergantung kepada nilai dari konstanta gravitasi universal kepada nilai dari konstanta gravitasi universal GG, , massa bumi massa bumi MMEE dan jarak benda r. dan jarak benda r.

Nilai spesifik dari Nilai spesifik dari gg = 9.80 m/s = 9.80 m/s22 dipakai apabila dipakai apabila jika jarak r sama dengan jari-jari bumi jika jarak r sama dengan jari-jari bumi RREE..

mgmr

MGW

g

E ==2

Hubungan antara Hubungan antara Massa dengan BeratMassa dengan Berat

DEFINISIDEFINISI

Gaya normal Gaya normal FFNN adalah sebuah komponen adalah sebuah komponen

dari gaya yang bekerja pada suatu benda dari gaya yang bekerja pada suatu benda yang mengalami kontak dengan permukaan yang mengalami kontak dengan permukaan bidang, dinamakan seperti itu karena bidang, dinamakan seperti itu karena komponen ini tegak lurus pada permukaan.komponen ini tegak lurus pada permukaan.

Gaya NormalGaya Normal

Hukum III Newton, memainkan peranan Hukum III Newton, memainkan peranan penting dalam hubungan dengan gaya penting dalam hubungan dengan gaya normal. Seperti pada gambar di depan, normal. Seperti pada gambar di depan, untuk sesaat, balok memberikan suatu gaya untuk sesaat, balok memberikan suatu gaya di atas meja dengan menekan meja tersebut di atas meja dengan menekan meja tersebut ke bawah. Konsisten dengan hukum III ke bawah. Konsisten dengan hukum III Newton, maka meja akan memberikan gaya Newton, maka meja akan memberikan gaya dengan arah berlawananyang memiliki dengan arah berlawananyang memiliki besar yang sama kepada balok tersebut. besar yang sama kepada balok tersebut. Reaksi meja ini yang disebut sebagai gaya Reaksi meja ini yang disebut sebagai gaya normal. Besarnya gaya normal menyatakan normal. Besarnya gaya normal menyatakan seberapa kuat dua buah benda menekan satu seberapa kuat dua buah benda menekan satu dengan lainnya.dengan lainnya.

Gaya NormalGaya Normal

Jika sebuah benda diam di atas permukaan Jika sebuah benda diam di atas permukaan horisontal dan tidak ada gaya vertikal yang horisontal dan tidak ada gaya vertikal yang bekerja, kecuali berat benda dan gaya bekerja, kecuali berat benda dan gaya normal, besarnya kedua gaya ini adalah normal, besarnya kedua gaya ini adalah sama, sama, FFNN = = WW..

Jika besarnya kedua gaya ini tidak sama, Jika besarnya kedua gaya ini tidak sama, maka akan ada resultan gaya yang bekerja maka akan ada resultan gaya yang bekerja pada balok dan balok akan dipercepat ke pada balok dan balok akan dipercepat ke atas maupun ke bawah, sesuai dengan atas maupun ke bawah, sesuai dengan hukum II Newton.hukum II Newton.

Gaya NormalGaya Normal

Gaya Gesek Statik Dan KinetikGaya Gesek Statik Dan Kinetik

Ketika suatu benda bersentuhan dengan Ketika suatu benda bersentuhan dengan suatu permukaan, maka ada sebuah gaya suatu permukaan, maka ada sebuah gaya yang bekerja pada benda tersebut.yang bekerja pada benda tersebut.

Jika gaya yang tegak lurus permukaan Jika gaya yang tegak lurus permukaan dikenal dengan gaya normal, ketika benda dikenal dengan gaya normal, ketika benda bergerak, maka ada gaya yang bekerja bergerak, maka ada gaya yang bekerja sejajar dengan permukaan, gaya ini dikenal sejajar dengan permukaan, gaya ini dikenal sebagai sebagai gaya gesek gaya gesek atau atau gesekangesekan..

DEFINISIDEFINISI

Besarnya Besarnya ffss gaya gesek statik dapat memiliki gaya gesek statik dapat memiliki

nilai antara nol samapi dengan nilai nilai antara nol samapi dengan nilai maksimummaksimum ffss

MAXMAX, bergantung kepada , bergantung kepada

besarnya gaya yang bekerja.besarnya gaya yang bekerja. Dengan kata lain Dengan kata lain ffss ≤≤ ffss

MAXMAX..

ffssMAXMAX = = µµssFFNN

dengan dengan µµss adalah koefisien gesekan statik adalah koefisien gesekan statik

dan Fdan FNN adalah besarnya gaya normal. adalah besarnya gaya normal.

Gaya Gesek StatikGaya Gesek Statik

Besarnya Besarnya ffkk yang merupakan gaya gesek yang merupakan gaya gesek

kinetik diberikan oleh:kinetik diberikan oleh:

ffkk = = µµkkFFNN

dengandengan

µµkk adalah koefisien gesek kinetik dan F adalah koefisien gesek kinetik dan FNN

adalah besarnya gaya normal.adalah besarnya gaya normal.

Gaya Gesek KinetikGaya Gesek Kinetik

Gaya Tegangan TaliGaya Tegangan Tali

Gaya biasanya dikerjakan pada sebuah Gaya biasanya dikerjakan pada sebuah kabel atau tali untuk menarik suatu benda kabel atau tali untuk menarik suatu benda (seperti gambar).(seperti gambar).

Biasanya massa tali diabaikan (Biasanya massa tali diabaikan (mm = 0) = 0)

Applet tentang Hukum NewtonApplet tentang Hukum Newton