SILABUS MATA PELAJARAN FISIKA : HUKUM NEWTON

Satuan Pendidikan: SMA

Kelas /Semester: X Kompetensi Inti:

KI 1: Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya

KI 2: Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.

KI 3: Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural berdasarkan rasa ingintahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah

KI 4: Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan

KOMPETENSI DASARMATERI POKOKPEMBELAJARANPENILAIANALOKASI WAKTUSUMBER BELAJAR

1.1 Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad raya melalui pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya

2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan percobaan , melaporkan, dan berdiskusi3.1 Menganalisis hubungan antara gaya, massa, dan gerakan benda pada gerak lurus

KOMPETENSI DASAR

4.1 Menyajikan hasil pengukuran besaran fisis dengan menggunakan peralatan dan teknik yang tepat untuk penyelidikan ilmiah

2.2 Merencanakan dan melaksanakan percobaan untuk menyelidiki hubungan gaya, massa, dan percepatan dalam gerak lurusKOMPETENSI DASARHukum Newton dan Penerapannya

MATERI POKOKMATERI POKOKMengamati Mengamati peragaan:

benda diletakan di atas kertas kemudian kertas ditarik perlahan dan dan tiba-tiba

benda ditarik atau didorong untuk menghasilkan gerak

benda dilepas dan bergerak jaruh bebas

benda ditarik tali melalui katrol dengan beban berbeda

Mempertanyakan: Mempertanyakan penyebab benda menjadi bergerak

PEMBELAJARAN

Menanyakan pengaruh masa benda dan besar gaya terhadap percepatan gerak

Eksperimen/Eksplorasi

Melakukan percobaan hukum Newton 1 dan 2 secara berkelompok

Melakukan percobaan gerak benda misalnya dalam bidang miring untuk membedakan gesekan statik dan kinetic PEMBELAJARAN

Asosiasi

Menghitung percepatan benda dalam sistem yang terletak pada bidang miring, bidang datar, dan sistem katrol dalam diskusi kelas.Tugas

Menerapkan hukum Newton dalam memecahkan masalah

Observasi

Ceklist lembar pengamatan kegiatan eksperimen

Portofolio

Laporan tertulis

Tes

Tertulis Uraian dan Pilihan Ganda tentang hukum Newton 2PENILAIANPENILAIAN9 JP

(3 x 3 JP)

ALOKASI WAKTUALOKASI WAKTUSumber:

PHYSICS: Principles with Aplication / Douglas C. Giancoli 6th ed. Pearson Prentice Hall FISIKA SMA Jilid 1, Pusat Perbukuan

Panduan Praktikum Fisika SMA, Erlangga

e-dukasi.net

Alat:

pegas

beban

tali

SUMBER BELAJAR

SUMBER BELAJAR

Komunikasi

Menggambar gaya berat, gaya normal, dan gaya tegang tali dalam diskusi pemecahan masalah dinamika gerak lurus tanpa gesekan

GAYA DAN GERAK : DINAMIKA

Kita telah membahas bagaimana gerak dinyatakan dalam kecepatan dan percepatan. Sekarang kita berhubungan dengan pertanyaan mengapa benda benda bergerak sedemikian rupa : Apa yang membuat benda yang pada mulanya diam mulai bergerak? Apa yang mempercepat dan memperlambat benda?Apa yang terlibat ketika benda bergerak membentuk lingkaran? Kita dapat menjawab setiap pertanyaan tersebut dengan menyatakan bahwa diperlukan sebuah gaya. Pada bab ini, kita akan menyelidiki hubungan antara gaya dan gerak. Sebelum kita mempelajari masalah dinamika ini, pertama kali bahas lah konsep gaya secara kualitatif.

I. Gaya

Berdasarkan intuisi kita menggambarkan gaya sebagai semacam tarikan dan dorongan terhadap suatu benda. Ketika anda mendorong kereta belanja atau mobil mogok (Gb.01),Anda memberikan gaya pada kereta atau mobil tersebut.

Ketika sebuah mesin mengangkat lift atau martil memukul paku atau angin yang meniup daun-daun pada sebuah pohon berarti sebuah gaya sedang diberikan. Kita katakan bahwa sebuah benda jatuh karena gaya gravitasi. Gaya tidak selalu menyebabkan gerak sebagai contoh,Anda bisa saja mendorong tembok namun tembok tersebut tidak bergerak.

Suatu cara yang digunakan untuk mengukur besar gaya adalah dengan menggunakan neraca pegas. Biasanya neraca seperti ini digunakan untuk menimbang berat sebuah benda,istilah berat maksudnya adalah gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda. Neraca pegas jika sudah dikalibrasi juga dapat digunakan untuk mengukur jenis gaya yang yang lain, seperti gaya tarik.

Sebuah gaya memiliki arah dan besar, sehinggan merupakan besaran vector yang mengikuti aturan-aturan penjumlahan vector. Kita dapat menyatakan gaya apapun pada sebuah diagram dengan sebuah tanda panah, seperti yang kita lakukan pada kecepatan. Arah tanda panah ini merupakan arah dorongan dan tarikan dan panjang nya digambarkan dengan besar gaya.

II. HUKUM GERAK NEWTON PERTAMA

Bagaimanakah hubungan yang tepat antara gaya dan gerak? Aristotl(384-322 SM) percaya bahwa diperlukan sebuah gaya untuk menjaga agar sebuah benda tetap bergerak sepanjang bidang horizontal. Ia mengemukakan alasan bahwa untuk membuat sebuah buku bergerak melintasi meja, kita harus memberikan gaya pada buku itu secara kontinu. Menurut Aristotle, keadaan alami sebuah benda adalah diam, dan dianggap perlu adanya gaya untuk menjaga gaya agar benda tetap bergerak. Lebih jauh lagi, Aristotle mengemukakan, semakin besar gaya pada benda, semakin besar pula lajunya.

Kira-kira 2000 tahun kemudian, Galileo mempertanyak pandangan-pandangan Aristotle ini dan mempunyai kesimpulan yang sangat berbeda. Galileo memperthankan bahwa sama alaminya bagi sebuah benda untuk bergerak horizontal dengan kecepatan tetap, seperti ketika benda tersebut berada dalam keadaan diam!

Untuk memahami gagasan Galileo,bayangkan pengamatan yang melibatkan gerak horizontal berikut ini. Untuk mendorong sebuah benda yang mempunyai permukaan kasar diatas meja dengan laju konstan dibutuhkan gaya dengan besar tertentu. Untuk mendorong benda lain yang sama beratnya tatapi mempunyai permukaan yang licin diatas meja dengan laju yang sama, akan memerlukan gaya yang lebih kecil. Jika selapis minyak pelumas atau yang lainnya dituangkan antara permukaan benda dan meja, maka hampir tidak diperlukan gaya sama sekaliuntuk menggerakkan benda itu. Perhatikan bahwa pada urutan kasus diatas, gaya yang diperlukan semakin kecil. Sebagai langkah berikutnya, kita bisa membayangkan sebuah situasi dimana benda tersebut tidak bersentuhan denga meja sama sekali-atau ada pelumas yang sempurna antara benda itu dengan meja. Dan mengemukakan teori bahwa sekali bergerak, benda tersebut akan melintasi meja dengan laju konstan tanpa ada gaya yang diberikan. Sebuah bantalan peluru baja yang bergulir pada permukaan hotizontal yang keras mendekati situasi ini.

Merupakan pemikiran Galileo yang jenius untuk membayangkan dunia yang ideal seperti itu dalam hal ini dunia dimana tidak ada gesekan, dan untuk melihat bahwa pandanga tersebut lebih menghasilkan pandangan yang lebih berguna tentang dunia nyata. Idealisasi inilah yang kemudian membuat nya sampai pada kesimpulan hebatnya bahwa jika tidak ada gaya yang diberikan kepada benda yang bergerak, benda tersebut akan terus bergerak dengan laju konstan dan dalam lintasan yang lurus. Sebuah benda melambat jika ada gaya yang diberikan kepadanya. Dengan demikian, Galileo menganggap gesekan sebagai gaya yang sama dengan dorongan atau tarikan biasa.

Untuk mendorong sebuah benda melintasi sebuah meja dengan laju tetap dibutuhkan gaya dari tangan anda, hanya untuk mengimbangi gaya gesekan. Jika benda tersebut bergerak dengan laju konstan, gaya dorongan anda sama dengan gaya gesek, tetapi keduanya memiliki arah yang berbeda, sehingga gaya total dari benda(jumlah vector dari kedua gaya) adalah nol. Hal ini konsisten dengan sudut pandang Galileo, karena benda bergerak dengan laju konstan ketika tidak ada gaya total yang diberikan kepadanya.

Perbedaan sudut pandang antara Aristotle dan Galileotidak berarti salah satunya benar atau salah. Pandangan Aristotle tidak sepenuhnya salah, karena pengalaman kia sehari-hari menunjukkan bahwa benda yang bergerak, cenderung berhenti jika tdak didorong terus menerus. Perbedaan sebenarnya terletak pada kenyataan bahwa pandangan Aristotle mengenai keadaan alami sebuah benda pada intinya merupakan pernyataan final---tidak mungkin ada pernyataan selanjutnya.

Dipihak lain, analisis Galileo dpat digunakan untuk memperjelas lebih banyak tentang fenomena dan memberikan teori kunatitatif yang memungkinkan ramalan-ramalan dapat dapat dibuktikan. Dengan melakukan lompatan kreatif dalam membayangkan situasi tidak ada gesekan yang secara eksperimentaltidak dapat dilakukan, dan dengan menganggap bahwa gesekan sebagai gaya, Galileo bisa mencapai kesimpulan bahwa sebuah benda akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan jika tidak ada gaya yang bekerja untuk merubah gerak ini.

Berdasarkan penemuan ini, Isaac Newton membangun teori geraknya yang terkenal. Analisis Newton tentang gerak dirangkum dalam tiga hukum gerak nya yang terkenal. Dlam karya besarnya , Principia (1687),Newton menyatakan terimakasihnya kepada Galileo. Pada kenyataannya, hukum gerak Newton yang pertama sangat dekat dengan kesimpulan Galileo. Hukum tersebut menyatakan bahwa:

Setiap benda tetap berada dalam keadaan dengan laju tetap sepanjang garis lurus, kecuali dia diberikan gaya total yang tidak nol

Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau gerak tetapnya pada garis lurus disebut inersia. Dengan demikian hukum Newton pertama disebut sebagai hukum inersia.

Hukum Newton pertama tidak berlaku untuk setiap kerangka acuan. Sebagai contoh, jika kerangka acuan anda tetap didalam mobil yang dipercepat, sebuah benda seperti cangkir yang diletakkan diatas dashboard mungkin bergerak kearah and (cangkir tersebut tetap diam selama kecepatan mobil konstan). Cangkir dipercepat kearah anda tetapi baik anda maupun orang lain, memberikan gaya kepada cangkir tersebut kearah demikian. Pada kerangka acuan yang dipercepat seperti itu, hukum Newton pertama tidak berlaku. Kerangka acuan dimana hukum pertamma Newton berlaku disebut kerangka acuan inersia.

Untuk sebagian besar masalah, kita biasanya dapat menganggap bahwa kerangka acuan yang tetap berada dibumi adlah kerangka acuan inersia. Kerangka acuan dimana hukum inersia tidak berlaku , seperti kerangka acuan yang dipercepat seperti diatas, disebut kerangka acuan noninersia. Bagaimana kita bisa yakin bahwa sebuah acuan adalah inersia atau tidak?

III. MASSA

Hukum Newton kedua, yang akan kita temui pada materi selanjutnya, menggunakan konsep massa. Newton menggunakan istilah massa sebagai sinonim jumlah zat.pandanga intuitip mengenai massa ini tidak terlalu tepat Karena konsep jumlah zat tidak terdefenisikan dengan baik. Lebih tepat lagi bahwa massa kita katakana sebagai ukuran inersia suatu benda. Semakin besar massa sebuah benda maka maskin sulit untuk menggerakkannya. Lebih sulit menggerakkanya dari keadaan diam, atau memberhentikannya saat sedang bergerak., atau merubah keluar lintasannya dari lintasannya yang lurus. Sebuah truk memiliki inersia yang lebih besar dibandingkan bola baseball, dan lebih sulit mempercepat truk tersebut atau memperlambatnya. Dengan demikian truk itu memiliki massa yang lebih besar.

Untuk menyatakan secara luas dari konsep massa, kita harus mendefenisikan suatu keadaan standar. Dalam satuan SI satuan massa adalah kilogram (kg) .

Istilah massa dan berat sering dikacaukan antara satu dengan yang lainnya, tetapi adalah penting untuk membedakan keduanya. Massa adalah sifat dari benda itu sendiri(ukuran inersia benda tersebut atau jumlah zat nya). Dipihak lain, berat adalah gaya, gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda. Untuk melihat perbedaan missal kita membawa sebuah benda kebulan.

Benda tersebut hanya akan memiliki berat seperenam dari berat nya dibumi, mengapa terjadi hal demikian? Bagaimana dengan massa benda? Karena gravitasi bulan lebih kecil dari gravitasi bumi, namun massa benda sesungguhnya adalah sama. Benda tersebut akan tetap memiliki massa atau jumlah zat yang sama Karena dengan tidak adanya gesekan, akan sulit untukenggerakkannya atau memberhentikannyakalau sudah bergerak.

IV. HUKUM GERAK NEWTON KEDUAHukum pertama Newton menyatakan bahwa jika tidak ada gaya total yang bekerja pada benda, benda tersebut akan tetap diam atau jika sedang bergerak akan tetap bergerak dengan laju konstan dalam satu lintasan lurus. Tetapi apa yang terjadi bila gaya total diberikan kepada gaya tersebut?

Newton berpendapat bahwa kecepatan akan berubah. Suatu gaya total yang diberikan kepda benda mungki akan membuat kecepatannya berubah. Atau jika gaya total tersebut memiliki gaya total yang arahnya berlawanan dengan gaya gerak, gaya tersebut akan memperkecil laju benda itu. Jika arah gaya total yang bekerja bebeda dengan arah sebuah benda yang bergerak maka arah kecepatannya juga berubah. Karena perubahan laju atau kecepatan merupakan percepatan, maka dapat kita katakana bahwa gaya total menyebabkan percepatan.

Bagaimanakah sebenarnya hubungan antara percepatan dan gaya?

Pengalaman sehari-hari dapat menjawab pertanyaan ini, bayangkan gaya yang diperlukan untuk mendorong sebuah gerobak,yang gesekannya minimal (jika ada gesekan, bayangkanlah gaya total, yang merupakan gaya yang anda berikan dikurangi gaya gesekan). Sekarang jika anda mendorong dengan pelan namun dengan kecepatan yang konstanselama selang waktu tertentu, anda akan mempercepat gerobak itu dari kedaan diam, katakanlah 3 km\jam. Jika anda mendorong dengan gaya 2 kali lipat anda akan mendapatkan bahwa gerobak tersebut memiliki kecepatan 3 km\jam dalam waktu setengah dari semula berarti percepatan akan dua kali lipat lebih besar. Jika anda menggandakan gaya percepatan akan bertambah dua kali lipat dan seterusnya. Dengan demikian percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan total gaya yang diberikan. Tetapi percepatan juga tergantung dari massa benda. Jika anda mendorong gerobak yang kosong dengan gaya yang sama seperti anda mendorong gerobak yang penuh, anda akan menemukan bahwa gerobak yang penuh memiliki percepatan yang lebih kecil. Makin besar massa makin kecil percepatan walaupun gayanya sama.

Hubungan matematisnya seperti yang dkatakan Newton bahwa percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massanya. Hubungan ini ternyata berlaku secara umum dengan perumusan sebagai berikut :

Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massa nya. Arah pecepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya.

Ini adalah hukum gerak Newton kedua, yang persamaannya dapat dituliskan :

Dimana a adalah percepatan, m adalah massa benda dan F adalah gaya total. Symbol (dalam huruf yunanisigma)yang brearti jumlah dari. F adalah gaya, sehingga F adalah jumlah vector dari semua gaya yang bekerja pada benda yang didefenisikan sebagai total gaya.

Kita susun kembali persamaan ini untuk mendapatkan pernyataan yang lebih kita kenal sebagai Hukum Newton kedua menghubungkan diskripsi gerak dengan penyebabnya, gaya. Hukum ini merupakan hukum yang paling mendasar dalam fisika. Dari hukum Newton kedua kita dapat membuat defenisi yang lebih tepat pada gaya, sebagai sebuah aksi yang dapat mempercepat sebuah benda.

Setiap gaya F adalah vector yang memiliki besar dan arah. Persamaan merupakan persamaan vector yang berlaku untuk semua kerangka acuan inersia. Persamaan ini dapat dituliskan dalam bentuk komponen pada system kooerdinat sebagai berikut :

== =Jika gerak tersebut sepanjang garis (satu dimensi), kita bisa menghilangkan indeks dengan hanya menuliskan . dalam satuan SI satuan untuk gaya adalah Newton. Dengan demikian satu Newton adalah gaya yang diperlukan untuk memberikan percepatan sebesar 1 m/s2 kepada benda 1 kg. Berarti 1 Newton = 1kg m/s2.

Gaya untuk mempercepat sebuah mobil. Perkirakan gaya total yang dibutuhkan untuk mempercepat mobil dengan massa 1000kg sebesar g.

Penyelesaian : percepatan mobil adalah . Kita gunakan hukum Newton kedua untuk mendapatkan gaya total maka:

=(1000 kg)(5m/s2) = 5000 N.V. HUKUM NEWTON KETIGA

Hukum Newton kedua menjelaskan secara kuantitatif bagaiman gaya dapata mempengaruhi gerak. Tetapi kita mungkin bertanya darimana gaya-gaya itu datang? Beberapa pengamatan membuktikan bahwa gaya-gaya yang diberikan kepada sebuah benda selalu diberikan oleh benda lain. Seekor kuda menarik kereta, seseorang mendorong kereta belanja, martil mendorong paku, magnet menarik penjepit kertas. Pada semua contoh ini, gaya diberikan kepada sebuah benda dan gaya tersebut diberikan kepada benda lain. Misalnya gaya yang diberikan kepada paku diberikan kepada martil atau gaya yang diberikan pemanah kepada busur.

Gb.03 Pemanah memberikan gaya kepada busur dan sebaliknya.Tetapi Newton menyadari bahwa hal ini tidak sepenuhnya seperti itu. Memang benar gaya memberikan gaya kepada paku, tetapi paku tersebut jelas memberikan gaya kembali kepda martil, karena kecepatan martil tersebut dengan cepat diperkecil sampai nol setelah terjadi kontak. Hanya gaya yang besar lah yang menyebabkan perubahan kecepatan martil yang begitu cepat. Dengan demikian, kata Newton, kedua benda tersebut harus dipandang sama. Martil memberikan gaya kepada paku, dan paku memberikan gaya balik kepada martil. Ini merupakan inti drai hukum ketiga Newton.

Ketika sutu benda memberikan gaya kepada benda kedua, benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan terhadap benda yang pertama.

Hukum ini kadang-kadang dinyatakan juga sebagai untuk setiap ksi ada reaksi yang sama dan berlawanan arah. Pernyataan ini memang benar. Tetapi umtuk menghindari kesalah fahaman, sangat penting untuk mengigat bahwa gaya aksi dan gaya reaksi bekerja pada benda yang berbeda.

Sebagai bukti validitas hukum Newton ketiga, perhatikan tanga anda ketika mendorong meja atau kereta belanja. Bentuk tangan anda menjadi berubah, bukti nyata bahwa sebuah gaya bekerja padanya anda bisa melihat sisi meja menekan tangan anda. Mungkin bahkan anda bisa merasakan bahwa meja tersebut memberikan gaya kepada anda. Rasanya sakit jika memukul meja. Bila semakin kuat anda mendorong meja tersebut maka akan semakin kuat pula meja tersebut mendorong balik.

SHAPE \* MERGEFORMAT

Sebagai demonstasi dari hukum Newton ketiga adalah pemain seluncur es (gb.04). karena gesekan sepatunya dengan es sangat kecil, ia akan bergerak dengan bebas jika sebuah gaya diberikan kepadanya. Ia mendorong palang besi pada dinding, dan kemudian ia mulai bergerak kebelakang.

Jelas, pasti ada gaya yang diberikan kepadanya agar ia bergerak. Gaya yang Ia berikan kepada palang tidak bisa membuat nya bergerak, Karena gaya tersebut bekerja pada palang. Pasti ada sesuatu yang memberikan gaya kepadanya agar ia mulai bergerak, dan gaya itu hanya dapat diberikan oleh palang. Gaya palang besi yang mendorongnya dalah, menurut hukum ketiga Newton, sama besar namun berlawanan arah dengan gaya yang ia berikan kepada palang.

Ketika seseorang melemparkan paket dari sebuah perahu yang diam, perahu tersebut akan mulai bergerak dengan arah yang berlawanan. Orang itu memberikan gaya kepada paket. Paket tersebut memberikan gaya yang sama dan berlawanan kepada orang dan perahu. Pendorong roket juga dijelaskan dengan menggunakan hukum Newton ketiga. Dapatkah kamu menjelaskan gaya yang bekerja pada roket yang hendak meluncur?

Yaitu roket memberikan gaya yang besar kepada gas , sehingga keluar, dan gas yang keluar itu memberikan gaya yang sama besar dan berlawanan arah para roket tersebut.gaya inilah yang mensorong roket kedepan. Dengan demikian, sebuah pesawat ruang angkasa dapat dikendalikan dalam sebuah ruang hampa udara, denga menembakkan roketnya dengan arah yang berlawanan dengan percepatannya.

Bayangkan bagaimana bila kita berjalan?

Jika seseorang mulai berjalan dengan mendorong lantai dengan kakinya,. Lantai kemudian memberikan gaya balik yang sama dan berlawanan arah pada orag tersebut. Dengan gaya inilah seseorang dapat berjalan kedepan.

Bagaimana burung terbang?

Dengan cara yang sama, seekor burung terbang kedepan dengan memberikan gaya pada udara tetapi udara tersebut mendorong blik syap burung yang mendorong burung itu kedepan.

Apa yang memberikan gaya pada mobil? Apa yang membuat mobil bergerak maju?

TANGGAPAN: Jawaban yang umum adalah mesin yang membuat mobil bergerak maju. Tetapi tidak semudah itu. Mesin membuat roda berputar. Teatapi apa gunanya bila mobil tersebut berada di es yng licin atau lumpur? Mobil itu hanya berputar. Sebuah mobil bergerak maju adalah karena gesekan yang diberikan jalan kepada rodanya. Dan gaya ini adalah reaksi terhadap gaya yang diberikan pada jalan oleh roda.

Kita cenderung menghubungkan gaya kepada benda aktif seperti manusi, hewan, mesin atau benda yang bergerak seperti martil. Biasanya sulit untuk membayangkan benda mati yang diam seperti dinding atau meja memberikan gaya. Penjelasannya ada pada kenyataan bahwa semua benda tidak peduli seberapapun kerasnya, bersifat elastic, setidaknya sampai batas tertentu. Tidak ada yang bisa menyangkal bahwa sebuah gelang karet yang ditarik dapat memberikan gaya pada setumpuk kertas dan membuat kertas tersebut bergerak melintasi ruangan. Benda-benda lain mungkin tidak bisa ditarik dengan mudah namun tetap dapat tertarik jika diberi gaya.

Dari contoh-contoh yang dibahas diatas, jelas bahwa adalah sangat penting untuk mengingat pada benda yang mana sebuah gaya diberikan dan oleh benda mana gaya tersebut diberikan. Intinya adalah bahwa gaya mempengaruhi gerak benda hanya jika diberikan kepada benda tersebut. Gaya yang diberikan oleh sebuah benda tidak mempengaruhi benda tersebut melainkan mempengaruhi benda lain yang diberi gaya itu.

Secara persamaan, hukum Newton dapat dituliskan sebagai : Faksi = -Freaksi

Pembuktian hukum ketiga. Asisten Michaelangelo diberi tugas untuk memindahkan sebongkah batu pualam dengan menggunakan kereta (gb). Ia berkata pada bos nya ,jika saya member gaya kedepan pada kereta, kereta memberikan gaya yyang sama dan berlawanan arah kebelakanag. Jadi bagaimana saya bisa menggerakkan nya? Tidak peduli seberapa kuat pun sya menarik , gaya saya kebelakang akan sama dengan gaya saya kedepan, sehingga gaya total pasti nol. Saya tidk akan bisa memindahkan batu itu. Apakah ini merupakan kasus dimana pengetahuan yang sedikit bisa berbahaya? Jelaskan lah kepada asisten Michaelangelo tentang gaya yang ia terima dan berikan!

Tanggapan : ya. Walaupun benar bahwa gaya aksi dan reaksi sama besar, sang asisten lupa bahwa gaya-gaya tersebut bekerja pada benda yang berbeda. Gaya kedepan (aksi) diberikan oleh si sisen kepada kereta semstara gaya reaksi kebelakang diberikan oleh kereta kepada asisten. Untuk menentukan apakah asisten bergerak atau tidak, kita harus memperhitungkan hanya gaya-gaya pada asisten dan kemudian menerapkan hukum kedua Newton dimana F adalah gaya total asisten , a adalah percepatan asisten dan m adalah massa nya. Ada dua gaya yang mempengaruhi gerak asisten kedepan. Dan tampaknya ia melupakan satu diantaranya. Kedua gaya pada asisten ditunjukkan dengan tanda panah pada gambar, gaya-gaya itu adalah (1) gaya horizontal FAT yang diberikan oleh tanah pada asisten (semakin kuat ia mendorong kebelakang terhadap tanah maka semakin kuat pula tanah mendorongnya kedepan---hukum Newton ketiga), dan (2) gaya FAK yang diberikan oleh kereta kepada asisten, yang menariknya kebelakang. Ketika tanah mendorong kereta lebih kuat daripada kereta menarik kebelakang, maka si asisten akan dipercepat kedepan. Dipihak lain, kereta dipercepat kedepan ketika gaya padanya yang diberikan oleh asisten lebih besar daripada gaya gesekan yang bekerja kebelakang (yaitu ketika FKA lebih besar dari FKT .

VI. BERAT-GAYA GRAVITASI , GAYA NORMAL DAN TEGANGAN TALIGalileo menyatakan bahwa benda-benda yang dijatuhkan didekat permukaan bumi akan jatuh dengan percepatan yang sama, g , jika hambatan udara dapat dibaikan. Gaya yang menyebabkan percepatan ini disebut sebgai gaya gravitasi. Sekarang kita terapkan hukum Newton kedua untuk gaya gravitasi dan untuk pecepatan a, kita gunakan percepatan kebawah yang disebabkan ole gravistai , g. Dengan demikian ,gaya gravitasi pada sebuah benda atau FG, yang besarnya biasa disebut sebagai berat, dapat ditulis sebagai :

= mg

Arah gaya ini kebawah menuju pusat bumi. Dalam satuan SI gravitasi g = 9,8 m/s2= 9,8 N/kg . sehingga berat benda yang massanya 1 kg di bumi adalah 1 kg x 9,8 m/s2 = 9,8 N.

Gaya gravitasi bekerja pada sebuah benda ketika benda tersebut jatuh. Ketika benda berada dalam keadaan diam di bumi, gaya gravitasi padanya tidak hilang, sebagaimana yang bisa kita ketahui jika kita menimbang nya dengan neraca pegas. Gaya yng sama tetp bekerja. Jadi, mengapa benda tidak bergerak? Dari hukum Newton kedua, gaya total pada sebuah benda yang tetap diam adalah nol. Pasti ada gaya lain pada benda tersebut yang bekerja untuk mengimbangi gaya gravitasi. Untuk sebuah benda yang diam diatas meja, meja tersebut member gaya keatas, (gb 05).

Meja sedikit tertekan kebawah benda, dan karena elastisitasnya, meja itu mendorong benda keatas seperti yang diperlihatkan gambar. Gaya yang diberikan oleh meja ini sering disebut gaya kontak, karena terjadi jika dua benda bersentuhan. Jika gaya kontak tegak lurus terhadap permukaan kontak, gaya itu biasa disebut gaya normal ( FN ).

Gb.06

(a). Gaya total pada sebuah benda yang diam adalah nol menurut hukum Newton kedua. Dengan demikian gaya gravitasi (FG) dengan arah kebawah benda harus diimbangi dengan gaya yang arahnya keatas (gaya normal FN).

(b)F`N adalah gaya yang diberikan oleh patung kepada meja, dan merupakan gaya reaksi terhadap FN menurut hukum Newton ketiga. (gaya tersebut bekerja pada benda yang berbeda)

Kedua gaya yang ditunjukkan pada gambar bekerja pada patung yang tetap dalam keadaan diam, sehingga jumlah vector dari kedua gaya ini adalah pasti nol (hukum Newton kedua). Dengan demikian FG dan FN harus memiliki besar yang sama dan arah yang berlawanan. Tetapi gaya-gaya tersebut bukanlah gaya yang dibicarakan dalam hukum Newton ketiga. Gaya aksi reaksi yang ada di hukum Newton ketiga bekerja pada benda yang berbeda, sementara gaya yang ditunjukkan pada gambar a bekerja pada benda yang sama.

Untuk setiap gaya yang ditunjukkan pada gambar a, apa gaya reaksinya? gaya keatas FN pada patung diberikan oleh meja. Reaksi terhadap gaya ini adalah gaya yang diberikan oleh patung kepada meja. Gaya ini ditunjukkan oleh gambar b dan diberi label F`N. Gaya F`N yang diberikan pada meja oleh patung adalah gaya reaksi terhadap FN yang sesuai dengan hukum ketiga Newton.

Bola hoki. Sebuah bola hoki meluncur dengan kecepatan konstan melintas permukaan es horizontal yang rata yang dianggap tidak mempunyai gesekan. Sketsa mana pada gambar 4-20 yang merupakan diagram benda-benda yang benar untuk bola ini? Bagaiman jawaban Anda jika bola tersebut diperlambat?

TANGGAPAN : Apakah Anda memilih (a)? Jika ya, dapatkah Anda menjawab pertanyaan: apa yang memberikan gaya horizontal yang dibri label F? Jika Anda katakan bahwa gaya itu adalah gaya yang diperlukan untuk mempertahankan gerakan (seperti dikatakan oleh orang-orang Yunani kuno), tanyalah pada diri Anda: apa yang memberikan gaya ini? Ingat bahwa sebuah benda lain harus memberikan gaya dan sama sekali tidak ada kemungkinannya di sini. Dengan demikian, (a) adalah salah. Di samping itu menurut hukum Newton kedua, gaya F pada Gambar 07 a akan menghasilkan percepatan. (b) yang benar, selama tidak ada gesekan.

Gerakan

Gerakan

Gerakan

FN

FN FN

F

F

FG

FG

FG

(a) (b)

(c)Gambar 07 Yang mana yang merupkan diagram benda-bebas yang benar untuk sebuah bola hoki yang meluncur di ata es dan tidak mempunyai gesekan

Tidak ada gaya total yang bekerja pada bola, dan bola tersebut meluncur dengan kecepatan konstan melintasi es. Tetapi jika seseorang berkeras agar kita tidak begitu idealis mengenai permukaan tanpa gesekan, kembali pada kenyataan dimana es yang licin pun memberikan paling tidak gaya gesekan yang kecil, maka (c) adalah jawaban yang benar. Gaya gesekan yang kecil itu memiliki arah yang berlawanan dengan arah gerak (seharusnya diberi label FS bukan hanya F), dan kecepatan bola berkurang, walaupun sangat lambat.

Sebuah lift bergerak dipercepat keata dengan kecepatan 2 m/s2. Jika massa lift dan isinya 200 kg, tentukanlah tegangan tali penarik lift tersebut. Ambil percepatan gravitasi bumi 10 m/s2.

T a

wJawab :

Gaya yang bekerja pada lift adalah berat dan tegangan tali seperti diperlihatkan pada gambar dibawah. Karena benda bergerak dengan suatu percepatan keatas, sesuai dengan hukum kedua Newton, diperoleh :

= maT-w = maSehingga diperoleh : T = w + ma = mg + ma = m(g+a) = (200 kg) (10 m/s2 + 2 m/s2) = 24000N.

Dimana gaya yang searah dengan percepatan diberi tanda positif dan gaya yang berlawanan arah dengan percepatan diberi tanda negatif.

VII. GAYA GESEKAN DAN BIDANG MIRING

Sampai saat ini kita telah mengabaikan gesekan, tetapi hal ini harus diperhitungkan pada situasi-situasi praktis. Gesekan ada diantara dua permukaan benda padat karena permukaan yang paling licin pun sebenarnya sangat kasar dalam skala mikroskopis. Ketika kita mencoba meluncurkan sebuah benda melintasi permukaan lain, tonjolan-tonjolan mikroskopis ini mengganggu gerak tersebut. Sebagai tambahan, pada tingkat atomic, sebuah tonjolan pada permukaan menyebabkan atom-atom menjadi sangat dekat dengan atom-atom pada permukaan yang lainnya sehingga gaya-gaya listrik di antara atom dapat membentuk ikatan-ikatan kimia, sebagai penyatu kecil diantara kedua permukaan. Peluncuran sebuah benda melintasi suatu permukaan seringkali tersentak-sentak karena adanya pembentukan dan pelepasan ikatan-ikatan ini. Bahkan ketika sebuah benda berguling di atas suatu permukaan, tetap ada gesekan, yang disebut gesekan berguling, walaupun biasanya lebih kecil dari ketika benda meluncur melintasi permukaan tersebut. Kita terutama akan memperhitungkan gesekan luncuran, yang biasanya disebut gesekan kinetik (kinetik berasal dari bahasa Yunani yang berarti bergerak).

Ketika sebuah benda bergerak sepanjang permukaan yang yang kasar, gaya gesekan kinetik bekerja dengan berlawanan arah terhadap kecepatan benda. Besar gaya gesek kinetik bergantung pada jenis kedua permukaan yang bersentuhan. Untuk suatu permukaan tertentu, eksperimen menunjukkan bahwa gaya gesekan kira-kira sebanding dengan gaya normal antara kedua permukaan, yang merupakan gaya yang diberikan benda-benda tersebut satu sama lain, dan tegak lurus terhadap permukaan yang bersentuhan. Gaya gesekan antara permukaan-permukaan yang keras sangat sedikit bergantung pada daerah kontak permukaan total; sebagai persamaan dengan memasukkan konstanta pembanding :

Ffr=FNRumus ini bukan merupakan hukum yang mendasar; ini merupakan hubungan eksperimental antara besar gaya gesekan Ffr yang bekerja sejajar dengan kedua permukaan, dan besar gaya normal FN yang bekerja tegak lurus terhadap permukaan-permukaan tersebut. Rumus di atas bukan merupakan persamaan vektor karena kedua gaya tegak lurus satu dengan yang lain. disebut koefisien gesekan kinetik, dan nilainya bergantung pada jenis kedua permukaan. Nilai-nilai yang terukur untuk berbagai permukaan perkiraan diberikan pada table 4-2. Bagaimanapun, nilai-nilai ini hanya merupakan perkiraan, karena m bergantung p ada apakah permukaan tersebutbasah atau kering, pada apakah telah digosok atau di-amplas, jika masih ada bagian kasar, dan faktor-faktor semacam itu. Tetapi secara kasar tidak bergantung pada laju peluncuran.

Apa yang telah kita bahas sampai saat ini adalah gesekan kinetik, jika satu benda meluncur terhadap yang lainnya. Ada juga gesekan statik, yang mengacu kepada gaya yang sejajar permukaan-permukaan tersebut tidak meluncur satu sama lain. Misalkan sebuah benda seperti meja berada dalam keadaan diam di lantai horizontal yang diberikan pada meja, tidak ada pula gaya gesekan. Anda memberikan gaya horizontal, tetapi meja tidak bergerak, sehingga pasti ada gaya lain pada meja yang menahannya tidak bergerak (gaya total adalah nol pada benda yang tidak bergerak). Ini adalah gaya gesekan static yang diberikan oleh lantai pada meja. Jika anda mendorong dengan gaya yang lebih besar tanpa bisa menggerakkan meja, gaya gesekan static juga bertambah. Jika Anda mendorong cukup kuat, meja pada akhirnya akan mulai bergerak kinetic mengambil alih. Pada saat ini, Anda telah melampaui gaya gesek static maksimum, yang dinyatakan dengan Fmax = dimana adalah koefisien gesekan static (table 01). Karena gaya gesekan static dapat bervariasi dari nol sapai nilai maksimum ini, kita tuliskan

Ffr FN

Anda mungkin telah memperhatikan bahwa seringkali lebih mudah untuk menjaga agar sebuah benda yang berat tetap bergerak, seperti mendorong sebuah meja, daripada membuatnya mulai bergerak. Hal ini konsisten dengan kenyataan (lihat Tabel 4-2) bahwa biasanya lebih besar dari .

Table 01 Koefisien Gesekan

PermukaanKoefisien gesekan static,Koefisien gesekan kinetic,

Kayu pada kayu0,40,2

Es pada es0,10,03

Logam pada logam (dilumasi)0,150,07

Baja pada baja (tidak dilumasi)0,70,6

Karet pada beton kering1,00,8

Karet pada beton basah0,70,5

Karet pada permukaan padat lainnya1-41

Teflon pada Teflon udara0,040,04

Teflon pada baja di udara0,040,04

Bantalan peluru yang dilumasi