Upload
dwita-prastini
View
862
Download
162
Embed Size (px)
Citation preview
FISIKA DASAR
Hukum Newton Tentang Gerak
HUKUM NEWTON
Dinamika adalah ilmu yang mempelajari gaya sebagai penyebab
gerak
Hukum Newton menyatakan hubungan antara gaya, massa dan
gerak benda
Gaya adalah kekuatan dari luar berupa dorongan atau tarikan
Pendahuluan
Hukum Newton
Isaac Newton (1643-1727) mempublikasikan hukum geraknya dan
merumuskan hukum grafitasi universal
5.1HUKUM
-HUKUM
NEWTON
Hukum Newton I
Setiap benda akan tetap dalam keadaan (kecepatan = 0) atau bergerak sepanjang
garis lurus dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan) kecuali bila ia
dipengaruhi gaya untuk mengubah keadaannya.
F = 0 Untuk benda diam atau bergerak lurus beraturan
Hukum Newton II
Percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda
berbanding lurus dengan resultan gayanya, searah dengan gaya dan berbanding
terbalik dengan massa benda
m
Fa
maF
5.2HUKUM
-HUKUM
NEWTON
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
Hukum Newton III
Jika dua buah benda berinteraksi maka gaya pada benda satu sama dan berlawanan
arah dengan gaya benda lainnya
Faksi = - Freaksi
Satuan Gaya
Dimana : F = gayam = massaa = percepatan
F = m a
Dalam satuan SI
Newtonm
KgF 2det
.
m
Freaksi
Faksi
5.3HUKUM
-HUKUM
NEWTON
Macam-macam Gaya
Untuk sistem 2 benda titik terdapat gaya-gaya : Gaya Interaksi
Gaya kontak
Gaya Interaksi
Gaya yang ditimbulkan oleh satu benda pada benda lain walaupun letaknya
berjauhan
Macam-macam gaya kontak : Gaya gravitasi Gaya Listrik Gaya Magnit
Definisi Medan
Ruang yang merupakan daerah pengaruh gaya. Akibatnya benda-benda yang berada
dalam suatu medan (medan gravitasi, medan listrik, medan magnit) akan menderita
gaya (gaya gravitasi, gaya listrik, gaya magnit).
5.4HUKUM
-HUKUM
NEWTON
Gaya KontakGaya yang terjadi hanya pada benda-benda yang bersentuhan
a. Gaya gravitasi
b. Gaya Listrik
c. Gaya Magnit
Macam-macam gaya kontak :
Gaya reaksi dari gaya berat yang dikerjakan benda terhadap bidang tempat benda
terletak (benda melakukan aksi, bidang melakukan reaksi). Arah gaya normal N
selalu tegak lurus pada bidang
a. Gaya Normal
1
N
(a)
mg
2
(b)
= mg = aksi12F
= mg = aksi21F
(c)
(a) : Benda (1) berada diatas bidang (2)
(b) : Gaya aksi pada bidang
(c) : Gaya reaksi pada benda
N > 0 → Benda menekan bidang tempat benda terletak
N = 0 → Benda meninggalkan bidang lintasannya
N< 0 → tidak mungkin
Keterangan gambar :
5.5HUKUM
-HUKUM
NEWTON
b. Gaya Gesekan Gaya yang melawan gerak relatif dua benda Arah gaya gesekan selalu sejajar dengan bidang tempat benda berada dan
berlawanan dengan arah gerak benda jadi gaya gesekan melawan gerak (menghambat)
Macam-macam gaya gesekan : Gaya gesekan antara zat padat dan zat padat
Gaya gesekan antara zat padat dan zat cair (fluida)
1. Gaya Gesekan Statis (fs)
Gaya gesekan yang bekerja antara 2 permukaan benda dalam
keadaan diam relatif satu dengan yang lainnya
fs s N
fs = gaya gesekan statis
s = Koefisien gesekan statis
N = Gaya Normal
fs < s N
fs = s N
benda diam
benda akan bergerak
fF
5.6
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
2. Gaya Gesekan Kinetik (fk)
Gaya gesekan yang bekerja antara 2 permukaan benda yang saling bergerak relatif
fk k Nfk = gaya gesekan statis
k = Koefisien gesekan statis
N = Gaya Normal
fF
N
W = mg Jika benda ditarik dengan gaya F, tapi benda belum bergerak karena ada gaya
gesekan fs melawan F
Jika gaya F diperbesar hingga akhirnya benda bergerak, maka gaya gesekan pada saat benda mulai bergerak
fk < fs
5.7HUKUM
-HUKUM
NEWTON
Kemungkinan-kemungkinan :
1. Jika fk > fs
2. Jika fk = fs
3. Jika fk < fs
benda diam
benda saat bergerak
benda bergerak
Sifat-sifat gaya gesekan
Gaya gesekan tergantung :
Sifat permukaan kedua benda bergesekan ()
Berat benda atau gaya normal
5.8
Gerak Benda pada Bidang Miring
Gerak benda pada bidang miring licin (tanpa ada gesekan)
N
y
x
mg sin mg cos
mg
Gaya yang bekerja pada benda :
1. Gaya Normal
N = mg cos
2. Gaya Berat
W = mgDiuraikan menjadi 2 komponen :Fx = mg sin
Fy = mg cos
Gaya yang menyebabkan benda bergerak pada bidang miring ke bawah (sumbu
x)Fx = ma mg sin = ma
5.9
Gerak benda pada bidang miring dengan adanya gesekan
N
y x
mg sin mg cos
mg
Fk
Gaya yang bekerja pada benda :
1. Gaya Normal
2. Gaya Berat
3. Gaya Gesekan
N = mg cos
W = mg
Fk = kN = kmg cos
F = ma
mg sin - Fk = ma
5.10
Sebuah balok massanya 2kg meluncur tanpa kecepatan awal sepanjang bidang miring yang licin. Sudut kemiringan bidang terhadap horisontal 300, g = 10 m/s2. Hitunglah : a.Gaya normal pada balokb.Kecepatan balok setelah meluncur selama 3 sekon
Diketahuim = 2 kg = 300 g = 10 m/s2.
Ditanya :a. N = …. ?b. v =……? Jika t = 3 s
W=mg
mg
sin
mg
cos
N
Jawab : a. Gaya Normal NKomponen gaya berat benda pada sumbu y
Wy = W cos = m.g. cos 300
= 2.10. ½V3 = 10V3 N
Pada sumbu Y benda tidak bergerak makaFy = 0N – Wy = 0N = Wy = 10V3 N
Pada sumbu x benda bergerak (GLBB) maka :Fx = m.a Wx = m.a 10 = 2.a a = 5 m/s2
v = vo + a.t v = 0 + 5. 3 v = 15 m/s
b. Komponen gaya berat pada sumbu x
Wx = W sin = m.g. sin300
= 2.10. ½ = 10 N
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
Sistem Katrol
5.11
A
B
k
(a)
a
a
TT
mB g
mA g
fA
NA
Diagram bebas sistem benda A dan benda B
(b)
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
5.12
Gaya-gaya yang bekerja pada benda :
Pada benda A :
Gaya Normal
Gaya Gesek
Gaya Tegangan tali
NA = mA . g
fA = k . mA . g
T Pada benda B :
Gaya Berat
Gaya Tegangan tali
WB = mB . g
T
Jika benda bergerak maka berlaku hukum Newton II maF Untuk kedua benda berlaku :
gmm
mma
BA
AkB
Untuk bidang kasar : Untuk bidang licin :
gmm
ma
BA
B
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
5.13
Dua Buah Benda yang Bertumpuk pada Bidang Horizontal
m2
m1
(a) Balok m1 berada diatas balok m2 (b) Diagram gaya-gaya vertikal untuk tiap balok
=
=
Pasangan aksi reaksi
M2 g
M1 g
N2,1
N2,1
N1,2
y
Gaya Normal pada benda m1 : Gaya Normal pada benda m2 :
N1 = m1 g N2 = (m1 + m2) g
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
Dua buah balok A dan B massanya masing-masing 15 kg dan 10 kg. Berada diatas permukaan bidang datar licin dan dihubungkan dengan tali. Kemudian B ditarik dengan gaya mendatar sebesar 50 N. Tentukan :a. Percepatan yang terjadi pada kedua benda tersebutb. Besarnya tegangan tali
DiketahuimA = 15 kgmB = 10 kgF = 50 N
Ditanya :a. a = …. ?b. T =……?
Jawab : a. Percepatan system Fx = mB.a T – T + F = (mA + mB).aa = F/( mA + mB ) = 50/( 15 + 10 ) = 2 m/s2
b. Tegangan Tali Perhatikan benda AFx = mA.a T = mA . a = 15 . 2 = 30 NAtau
T T FA B
a
Perhatikan benda B Fx = mB.a
F – T = mB . a 50 – T = 10.2 50 – T = 20 T = 50 – 20 = 30 N
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
Katrol dianggap licin, tali sangat lentur dan massanya diabaikan. Jika benda A massanya 8 kg dan massa benda B 12 kg, dan g = 10 m/s2. Tentukan :a. Percepatan gerak systemb. Besarnya tegangan tali penghubung ke dua benda
DiketahuimA = 8 kgmB = 12 kgg = 10 m/s2
Ditanya :a. a = …. ?b. T =……?
Jawab : a. Percepatan system
b. Tegangan Tali Perhatikan benda A SFx = mA.a T - WA = mA . a T – mA .g = mA . a T = (mA . a + mA . g ) = ( 8. 2 + 8. 10 ) = 96 NAtau
Perhatikan benda B SFx = mB.a
WB – T = mB . a mB.g – T = mB . a T = (mB . g - mB . a ) T = ( 12.10 – 12.2 ) T = 120 – 24 = 96 N
a
a
A
B
TT
TT
WA
WB g.(mB - mA) a mA + mB
10(12 - 8 ) a = 12 + 8
a = 2 m/s2
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
Balok A massanya 4 kg diletakkan pada bidang mendatar yang licin, balok B massanya 6 kg digantungkan pada tali yang disangkutkan pada katrol dan ujung tali yang lain diikatkan pada balok A. Hitunglah :a. Percepatan gerak ke dua balok (system)b. Besarnya tegangan tali penghubung ke dua benda . g = 10 m/s2.Diketahui
mA = 4 kgmB = 6 kgg = 10 m/s2
Ditanya :a. a = …. ?b. T =……?
Jawab : a.Percepatan system
b. Tegangan Tali Perhatikan benda AFx = mA.a T = mA . a T = 4. 6 = 24 NAtau
Perhatikan benda B Fx = mB.a
WB – T = mB . a mB.g – T = mB . a T = (mB . g - mB . a ) T = ( 6.10 – 6.6 ) T = 60 – 36 = 24 N
10.(6) a = 6 + 4
a = 6 m/s2
g( mB ) a = mA + mB
NA
wA
T T
TT
A
B
wA
T T
A
wBTT
wB
B
a
a
NA
HUKUM
-HUKUM
HUKUM
-HUKUM
NEW
TON
NEW
TON
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
Contoh Soal
Sebuah balok bermassa 3 kg terletak di atas lantai dimana koefisien gesekan antara balok tersebut dan lantai adalah 0,1. Diatas balok tersebut diletakkan balok kedua yang bermassa 1 kg dimana koefisien gesekan antara kedua balok adalah 0,2. Bila balok pertama ditarik dengan gaya sebesar 12 N, hitung percepatan dari kedua balok trsebut.
Jawab :
F=12 N1
2
3
= 0,1
= 0,2
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
Asumsi : a1 > a2
F=12 N1
2
3
= 0,1
= 0,2
N21
m2g
f21
222
22212x
221y
s/m96,1aa)1()8,9)(2,0(
amfamF
N8,9)8,9)(1(gmN0F
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
Asumsi : a1 > a2
F=12 N1
2
3
= 0,1
= 0,2
N13
m1g
f13
21
21
1
22121311x
13
12113y
aa
s/m04,23
12,6a
a3)8,9(2,0)2,39(1,012
amffFamF
2,398,9)8,9(3N
NgmN0F
f12 N12Asumsi benar
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
Contoh Soal 2.1
Sebuah helikopter bermassa 15000 kg mengangkat sebuah truk bermassa 4500 kg dengan percepatan sebesar 1,4 m/s2. Truk disebut diangkat dengan menggunakan kabel baja, Gaya angkat yang diterima oleh baling-baling helikopter arahnya vertikal ke atas. Tentukan besarnya tegangan pada kabel baja dan besarnya gaya angkat pada baling-baling helikopter.
Jawab :
m1 = 15000 kg
m2 = 4500 kg
F = ?
T = ?
a = 1,4 m/s2
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
F
W2
T
T
W1
a
Hukum Newton II pada truk :
N50400)4,18,9)(4500()ag(mT
aaaamgmTF
2
21222y
Hukum Newton II pada helikopter :
N218400)4,18,9)(15000(50400
)ag(mTF
aaaamgmTFF
1
21111y
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
konsep gaya sentripetal
pada gerak melingkar beraturan
a
v
Pada gerak melingkar beraturan benda bergerak dengan lintasan Pada gerak melingkar beraturan benda bergerak dengan lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari berbentuk lingkaran dengan jari-jari RR. Selama bergerak kecepatan (. Selama bergerak kecepatan (vv) ) dan percepatan (dan percepatan (aa) tetap tetapi arahnya berubah-berubah ubah. Arah ) tetap tetapi arahnya berubah-berubah ubah. Arah kecepatan selalu menyinggung bidang lingkaran dan percepatan selalu kecepatan selalu menyinggung bidang lingkaran dan percepatan selalu menuju ke pusat lingkaran sehingga disebut percepatan sentripetal menuju ke pusat lingkaran sehingga disebut percepatan sentripetal
Percepatan sentripetal dirumuskanPercepatan sentripetal dirumuskan
vv22
a = a = RR
Bagaimana gerakan benda jika talinya putus ?
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
F
T
Gaya-gaya yang bekerja pada gerak melingkarberaturan
Sebuah benda diikat dengan tali kemudian diputar. Benda bergerak melingkar beraturan dengan lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari R. Selama bergerak gaya-gaya apa saja yang bekerja sehingga benda tetap bergerak pada lintasannya ?
Selama bergerak pada benda bekerja gaya tegangan tali (T) dan gaya sentrifugal (FS) yang besarnya sama tetapi berlawanan arah. Menurut Hukum I Newton jika gaya-gaya yang bekerja pada jumlahnya nol, maka benda yang semula bergerak akan terus bergerak.
S F = 0S F = 0 T – FT – FSS = 0 = 0 T = FT = FSS
FFSS = m.a = m.(V = m.a = m.(V22/R)/R)
T = tegangan tali ( N ) FS = Gaya sentrifugal ( N ) m = massa benda ( kg ) a = percepatan sentripetal ( m/s2 ) R = jari-jari (m)
HUKUM-H
UKUM
NEWTON
Contoh soal :
Sebuah pesawat terbang membuat lingkaran horisontal dengan kecepatan 480 km/jam. Gaya angkat yang diterima oleh pesawat tersebut arahnya tegak lurus pada sayap pesawat. Bila sayap pesawat tersebut membentuk sudut 40o terhadap horisontal. tentukan jari-jari lingkaran yang dibentuk oleh pesawat terbang tersebut.
Jawab :
40o
V = 480 km/jam
R = ?
F
s/m33,133jam/km480V HUKUM
-HUKUM
NEWTON
40o
R = ?
F
mg
F cos
F sin
m2162)40tg)(8,9(
)33,133(R
tgg
VRtg
gR
V
mgRV
m
cosF
sinF
mgcosFR
VmmasinFF
o
2
22
2
2
x
Terima kasih