Salah satu bentuk penerapan konsep gaya adalah untuk membantu pesawat luar angkasa lepas dari gaya gravitasi bumi. Roket pesawat akan mengalirkan udara bertekanan tinggi yang menghasilkan gaya dorong berskala besar hingga dapat mendorong pesawat luar angkasa untuk terbang. Selain itu banyak sekali manfaat dari konsep gaya yang dapat kita terapkan dalam kehidupan sehari-hari untuk itu mari kita ikut penjelasan terkait dengan gaya berikut ini.
Pengertian Gaya
Secara sederhana gaya dapat didefinisikan sebagai tarikan atau dorongan yang bekerja pada suatu benda. Gaya yang bekerja pada benda akan menyebabkan beberapa perubahan pada benda tersebut antara lain
Gaya menyebabkan perubahan bentuk benda
Perhatikan gambar berikut
Gambar 2. Membuat patung
Ketika seseorang membuat patung dari tanah liat maupun dari batu pada dasarnya orang tersebut memberikan gaya (dorongan) pada bahan patungnya (tanah liat atau batu) sehingga bentuk dasarnya bisa berubah. Dengan menyesuaikan besar dan arah gaya yang diberikan maka dapat membentuk bagian-bagian patung sesuai dengan keinginan seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2 di atas.
Gaya menyebabkan perubahan arah gerak benda
Gambar 3. Dua bola bilyar yang saling bertabrakan
Misalkan sebuah bola bilyar hijau bergerak lurus ke utara di tengah arena kemudian dari arah samping datang bola bilyar merah yang bergerak lurus dan menabrak bola pertama di bagian sampingnya. Ternyata setelah bertabrakan kedua bola berubah arah seperti yang terlihat pada gambar 3 di atas. Pada proses tumbukan sebenarnya yang terjadi adalah bola bilyar merah memberikan gaya kepada bola bilyar hijau, begitu pula sebaliknya, karena adanya gaya inilah yang menyebabkan arah kedua bola berubah.
Gaya menyebabkan perubahan kecepatan benda
Gambar 4. Orang mendorong mobil
Perhatikan gambar 4 di atas, terlihat ada orang yang sedang mendorong mobil, sehingga mobil yang mula-mula diam akan bergerak. Hal ini menunjukkan bahwa gaya (orang mendorong mobil) dapat mengubah kecepatan suatu benda (mobil awalnya diam menjadi bergerak). Lebih jauh ketika sebuah gaya bekerja pada benda yang sedang bergerak, maka dapat menyebabkan benda tersebut bergerak lurus berubah beraturan dipercepat (GLBB dipercepat) atau bergerak lurus berubah beraturan diperlambat (GLBB diperlambat), perbedaan ini bergantung dari arah gerak dan arah gaya. Jika gaya searah dengan arah gerak benda maka akan mengalami percepatan, begitu pula sebaliknya jika arah gaya berlawanan dengan arah gerak benda, maka benda akan mengalami perlambatan.
Perlu dipahami disini bahwa agar suatu benda mendapatkan perubahan dari gaya yang bekerja pada benda tersebut, gaya yang diberikan tidak harus langsung bersentuhan dengan benda. Misalkan besi yang diletakkan didekatkan magnet akan bergerak menuju magnet meskipun keduanya tidak saling bersentuhan. Perubahan kecepatan yang dialami oleh benda tersebut menandakan ia mendapatkan gaya, yakni gaya dari magnet. Gaya yang seperti ini disebut dengan gaya tak sentuh. Sedangkan gaya-gaya yang langsung bekerja pada benda disebut dengan gaya sentuh, contoh dari gaya sentuh antara lain gaya gesek, gaya dorong ke meja, gaya menarik tali, dsb.
Ciri-ciri (karateristik) gaya
Gaya merupakan salah satu besaran di fisika yang termasuk ke dalam besaran vektor karena memiliki memiliki nilai (besar) dan arah, sehingga dalam menentukan total gaya perlu diperhatikan arahnya. sebelum membahas lebih jauh, mari kita kenali dulu ciri-ciri gaya ditinjau dari beberapa aspekSimbol dan satuan
Gaya disimbolkan dengan huruf “F” dari kata “force” memiliki satuan yang dilihat dari dua aspek yakni
mks (meter-gram-sekon)
Sistem ini berlaku juga untuk sistem internasional (SI) dalam sistem ini satuan gaya dinyatakan dalam Newton (N), dimana
1 N = 1 kg.m/s2
cgs (centi-gram-sekon)
pada sistem ini satuan gaya dinyatakan dalam dyne, dimana
1 dyne = 1 g.m/s2
Hubungan antara newton dan dyne adalah
Melukis gaya
Gaya dilukiskan dengan garis berarah menyerupai anak panah, dimana panjang anak panah mewakili besar gaya dan arah anak panah mewakili arah gaya. Jadi, semakin panjang garisnya semakin besar gayanya begitu pula sebaliknya. Agar lebih memahaminya Perhatikan gambar berikut
Gambar 5. Cara melukis gaya
Resultan gaya
Apabila sebuah benda bekerja beberapa gaya, maka untuk menentukan total gaya yang bekerja pada benda tersebut kita juga harus memperhatikan arahnya. Total gaya yang bekerja pada benda disebut dengan resultan gaya (ΣF), beberapa aturan terkait dengan resultan gaya yakni
Gaya-gaya yang segaris dan searah dijumlahkan
untuk mempermudah perhitungan resultan gaya dapat digunakan perjanjian sebagai berikut
gaya dengan arah ke kanan bernilai positif, sedangkan gaya dengan arah ke kiri bernilai negatif
gaya dengan arah ke atas bernilai positif, sedangkan gaya dengan arah ke bawah bernilai negatifContoh soal!
sebuah benda di tarik beberapa gaya seperti pada gambar berikut
pembahasan:
Macam-macam gaya
Gaya berat
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering mendapat pertanyaan “berapa berat badanmu?”, kemudian kita menjawab “berat badan saya 37 kg”. Jika ditinjau dari ilmu fisika maka jawaban tersebut salah, hal ini dikarenakan “kg” merupakan satuan dari besaran massa bukan berat. Massa dan berat memiliki perbedaan yang mendasar dalam mempelajari fisika seperti yang terlihat pada tabel berikut,
Gaya gesek
Gaya gesek merupakan gaya yang timbul akibat dua permukaan yang bergesekan. Gaya gesek memiliki arah yang berlawanan dengan arah gerak benda yang sifatnya untuk menghambat gerak benda tersebut.
Gaya gesek dapat dimanfaatkan atau bahkan merugikan dalam suatu gerak benda. Gaya gesek yang dapat dimanfaatkan dan memberikan keuntungan antara lain : alas kaki (sandal dan sepatu) di buat kasar agar semakin besar gesekan antara sandal dan lantai, sehingga tidak terpeleset ketika berjalan
Gaya gesek yang merugikan antara lain gesekan pada mesin sepeda motor atau mobil sehingga menyebabkan mesin cepat panas
Gaya Normal
Gaya normal adalah gaya yang tegak lurus bidang sehingga arah gaya normal bergantung dengan bidang datarnya, seperti terlihat berikut ini
Gambar 6. Gaya normal pada berbagai bidang
Terkait dengan pembahasan materi gaya, salah satu fisikawan terkenal Sir Isaac Newton (1643 – 1727) mengemukakan tiga hukum newton yakni hukum I newton, hukum II Newton, dan hukum III Newton.
Hukum I Newton
Hukum I Newton ini mengkaji tentang kecenderungan suatu benda mempertahankan keadaannya, benda yang semula diam tetap diam benda yang semula bergerak tetap bergerak. Kecenderungan ini disebut dengan inersia sehingga hukum I newton sering juga disebut dengan hukum inersia, bunyi hukum I Newton adalah
“suatu benda akan tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan asal tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut”
Berdasarkan hukum I Newton tersebut ada 3 hal yang perlu diperhatikan yakni:
- Benda tetap diam (benda tidak mengalami perubahan posisi atau kedudukan),
- Bergerak dengan kecepatan konstan (gerak benda termasuk jenis gerak lurus beraturan (GLB)), yang mana kedua keadaan tersebut dapat terjadi jika
- tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut (resultan gaya sama dengan nol). Secara matematis hukum I Newton dapat ditulis
Beberapa contoh penerapan hukum I Newton dalam kehidupan sehari-hari adalah
Seseorang yang berada dalam mobil yang melaju, akan terdorong ke depan saat mobil tiba-tiba direm dan terdorong ke belakang saat kecepatan mobil tiba-tiba bertambah dengan cepat
Segala sesuatu yang bergerak lurus beraturan (GLB) memenuhi kondisi pada hukum I Newton
Hukum II Newton
Berbeda dengan hukum I Newton, pada hukum II Newton pembahasannya terkait untuk resultan gayanya tidak sama dengan nol (ΣF ≠ 0), apa yang terjadi apabila resultan gayanya tidak sama dengan nol? Lihat kembali penjelasan di atas terkait dengan dampak gaya pada benda, jika resultan gayanya tidak sama dengan nol akan berdampak pada kecepatan benda sehingga benda dapat bergerak dipercepat atau diperlambat bergantung dengan arah gayanya. Perhatikan gambar berikut
Gambar 7. (a) benda bergerak dengan kecepatan konstan ketika resultan gayanya sama dengan nol (ΣF = 0), (b) bergerak dipercepat karna mendapat gaya yang searah dengan arah gerak benda, (c) benda bergerak diperlambat karena mendapat gaya yang berlawanan dengan arah dengan arah gerak benda.
(sumber : Physics University)
Jelas terlihat perbedaan ketika resultan gaya pada benda sama dengan nol dengan yang tidak sama dengan nol yakni adanya “percepatan” yang di alami benda tersebut. Besarnya percepatan ini dijelaskan dalam hukum II Newton yang berbunyi
“percepatan suatu benda berbanding lurus dengan gaya yang bekerja pada benda tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda itu”
secara matematis hukum II Newton dapat ditulis
Keterangan :
ΣF = resultan gaya (N)
m = massa benda (kg)
a = percepatan benda (m/s2)
percepatan yang terdapat pada hukum II newton ini memberikan informasi kepada kita bahwa ketika berlaku hukum II newton, maka benda akan jenis gerak benda adalah gerak lurus berubah beraturan. Selain itu, ada 2 hal yang perlu diperhatikan pada hukum II Newton tersebut yakni
(1) percepatan sebanding dengan gaya: hal ini berarti jika semakin besar gaya yang bekerja pada suatu benda maka semakin besar pula percepatan yang di alami benda. Perhatikan gambar berikut
Gambar diatas menunjukkan untuk massa yang sama (kotak biru), semakin besar gaya yang digunakan (kotak merah) pada suatu benda maka percepatan benda tersebut akan semakin besar (kotak kuning)
(2) percepatan berbanding terbalik dengan massa benda: hal ini berarti jika semakin besar massa suatu benda maka percepatannya akan semakin kecil. Perhatikan gambar berikut
Gambar di atas menunjukkan bahwa dengan gaya yang sama besar (kotak biru), apabila digunakan pada benda dengan massa yang semakin besar (kotak merah) maka percepatan benda tersebut akan semakin kecil (kotak kuning).
Hubungan perbandingan ini dapat ditulis dalam persamaan matematis sebagai berikut
Contoh soal
(1) sebuah benda bermassa 0,5 kg di dorong oleh bejo menggunakan gaya sebesar 2,5 N. Tentukan besar percepatan benda tersebut!
pembahasan:
(2) balok bermassa 2,5 kg di dorong dengan gaya sebesar F sehingga balok bergerak dengan percepatan 6 m/s2
, jika di atas balok tersebut diletakkan balok lain yang bermassa 3,5 kg. Dengan gaya yang sama tentukan percepatan benda tersebut sekarang!
pembahasan:
Hukum III Newton
Sedikit berbeda dengan kedua hukum newton sebelumnya yang menjelaskan tentang keadaan benda ketika diam dan bergerak (baik GLB dan GLBB), pada hukum III Newton ini menjelaskan hubungan timbal balik gaya pada dua benda sehingga hukum III Newton sering disebut juga sebagai hukum Aksi – reaksi, yang berbunyi
“jika benda A memberikan gaya kepada benda B (disebut gaya aksi), maka benda B akan memberikan gaya kepada benda A (disebut gaya reaksi). Kedua gaya ini sama besar tetapi berlawanan arah”
secara matematis hukum III Newton dapat ditulis
Berdasarkan bunyi hukum III Newton di atas ada satu hal penting yang perlu diingat bahwa hukum III Newton ini berlaku untuk dua benda saja, perhatikan gambar berikut
Gambar di atas terdapat tiga benda yang berdampingan, gaya sebesar F mendorong benda 1 sehingga benda 1 mendorong benda 2, benda 2 mendorong benda 3 dengan konfigurasi gaya seperti gambar di atas. Sebagian gaya-gaya pada gambar tersebut merupakan pasangan gaya aksi reaksi dan untuk mengetahuinya kita harus memahami dahulu masing-masing gaya tersebut yakni
F = gaya luar
FA = gaya benda 1 ke benda 2 (disebut juga F12)
FB = gaya benda 2 ke benda 1 (disebut juga F21)
FC = gaya benda 2 ke benda 3 (disebut juga F23)
FD = gaya benda 3 ke benda 2 (disebut juga F32)
Berdasarkan penjelasan di atas, maka dapat diketahui pasangan gaya aksi-reaksinya adalah
FA dengan FB dan FC = FD (perhatikan pasangan bendanya)
Contoh penerapan hukum III Newton dalam kehidupan sehari-hari adalah
1) orang berjalan
2) orang berenang
3) memukul tembok terasa sakit
4) menendang bola
dll
Konsep:
Sering kali banyak yang mengatakan bahwa gaya normal (N) dan gaya berat (w) adalah pasangan gaya aksi reaksi karena kedua gaya tersebut sama besar dan berlawanan arah. Akan tetapi, konsep ini sebenarnya salah karena gaya tarik merupakan gaya tarik bumi ke benda (antara bumi dan benda) sedangkan gaya normal merupakan gaya yang tegak lurus bidang (antara bidang dengan benda). Berdasarkan hal tersebut terlihat bahwa gaya normal dan gaya berat bukan dari dua benda yang sama. Perhatikan gaya berikut
Berdasarkan gambar di atas, terlihat bahwa pasangan gaya aksi reaksinya yang seharusnya adalah
Antara bumi dengan buku
Bumi menarik buku (w) sebagai gaya aksi dan buku menarik bumi (-w) sebagai gaya reaksi
Antara permukaan meja dengan buku
Permukaan meja mendorong buku (N) sebagai gaya aksi dan buku mendorong permukaan meja (-N)
Jadi gaya berat dan gaya normal bukan merupakan pasangan gaya aksi reaksi
demikian pembahasan materi tentang gaya dan hukum newton 1, 2, dan 3. semoga bermanfaat
Tidak ada komentar:
Posting Komentar