Gaya , materi dan contoh soal dll

GAYA

A. Pengertian Gaya

Gaya dalam ilmu fisika berarti dorongan atau tarikan yang diberikan pada suatu benda. Gaya memang tidak dapat dilihat, tetapi gaya dapat dirasakan akibatnya. Dalam ilmu fisika, gaya merupakan besaran vektor karena gaya memiliki arah dan nilai. Satuan internasional untuk gaya adalah Newton atau dilambangkan dengan N. Alat yang digunakan untuk mengukur besarnya gaya adalah dinamometer atau neraca pegas. Untuk melakukan suatu gaya diperlukan tenaga. Besarnya tenaga akan berbanding lurus dengan gaya yang dihasilkan, maksudnya semakin besar tenaga maka akan semakin besar pula gaya yang dihasilkan.

B. Sifat-Sifat Gaya

Gaya memiliki 3 sifat yaitu :

1. Gaya dapat mengubah arah gerak benda

2. Gaya dapat mengubah bentuk benda

3. Gaya dapat mengubah posisi benda dengan cara menggerakkan atau memindahkannya

C. Pengaruh Gaya terhadap Benda

1. Pengaruh gaya terhadap benda yang diam.

Benda yang diam dapat bergerak jika diberi gaya. Contoh kelereng yang tadinya diam akan bergerak setelah diberi gaya. Contohnya lemari yang tadinya diam akan bergerak setelah diberi gaya berupa dorongan, bola yang semula diam menjadi bergerak karena ditendang, dan dokar yang semula diam lalu ditarik oleh kuda menjadi bergerak.

2. Pengaruh gaya terhadap benda yang bergerak

Benda yang bergerak, jika diberi gaya dapat mengakibatkan benda tersebut berubah menjadi diam, berubah arah, atau juga dapat mengakibatkan benda bergerak lebih cepat. Contohnya bola yang bergerak akan diam apabila ditahan dengan kaki (menjadi diam), bola yang yang dilempar ke arah tembok akan berubah arah setelah memantul tembok (berubah arah), dan sepeda yang dikayuh lebih kuat menyebabkan kecepatannya semakin tinggi (semakin cepat).

3. Pengaruh gaya terhadap bentuk benda. Suatu benda saat dikenai gaya yang cukup dapat mengakibatkan benda tersebut berubah bentuk. Semakin besar gaya yang dikenakan semakin besar pula perubahan bentuk pada benda tersebut. Contoh, kaleng minuman yang kosong saat diinjak dengan keras akan penyok, batu besar jika dipukul dengan palu akan pecah menjadi batu-batu yang berukuran lebih kecil, dan plastisin jika diberi gaya dapat berubah bentuk.

JENIS-JENIS GAYA

Gaya Berat

Gaya berat adalah gaya tarik bumi yang bekerja pada sebuah benda. Gaya berat merupakan besaran vektor yang arahnya selalu menuju pusat bumi (ke bawah).
Gambar diatas adalah penggambaran arah gaya berat benda yang diletakkan pada bidang datar dan bidang miring.
w = m g
Keterangan:
w = gaya berat (N)
m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

Contoh Soal

Tentukan berat benda yang massanya 4 kg (g = 10 m/s )

Diketahui :

m = 4 kg

g = 10 m/s

Ditanya : w

Dijawab :

w = m g

w = 4 x 10

w = 40 N

Gaya Normal

Gaya normal adalah gaya yang bekerja pada dua benda yang saling bersentuhan, di mana arah gaya normal tegak lurus permukaan bidang sentuh. Lambang gaya normal adalah N.

Rumus untuk menghitung gaya normal yang bekerja pada benda:

N = F

Keterangan

N = gaya normal

F = semua gaya yang tegak lurus bidang permukaan

Jika benda berada di posisi seperti gambar di samping, maka N = w.

Contoh soal:

Andien mendapat sekotak coklat 10 kg sebagai hadiah ulang tahunnya dari Nino. Kotak itu diletakkan di atas meja. Percepatan gravitasi g=9,8 m/s^2.

A. Tentukan berat kotak coklat dan gaya normal yang bekerja padanya

B. Jika teman Andien menekan kotak ke bawah dengan 10 N, tentukan gaya normal kotak coklat tersebut?

C. Jika teman Andien menarik kotak ke atas dengan gaya 10 N, berapa gaya normal yang bekerja pada kotak?

Jawab:

Diket:

m= 10 kg, g= 9,8 m/s^2.

Ditanya: a. Berat coklat

b. N? Jika diberi p 10 N

c. N? Jika kotak ditarik keatas 10N

Jawab:

A. Berat kotak w=m.g = 9,8 N.Gaya normal (tidak diberi gaya lain) N=w, maka N= 9,8 Newton

B. N=w+P = 98 + 10 =108 newton

C. N=w-P = 98 - 10 = 88 newton

Gaya Gesek

Gaya gesekan adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan gerak benda.

Gaya gesek ada 2 macam:
Gaya gesek statis yaitu gaya gesekan antaran dua benda yang tidak bergerak relatif satu sama lainnya.

Fs =µs N

Keterangan :
Fs = gaya gesek statis (N)

µs = koefisien gesek statis.
Gaya gesek kinetis yaitu gaya gesek yang terjadi pada dua benda yang bergerak relatif satu sama lainnya.

Fk = µk N

Keterangan :
Fk = gaya gesek kinetis (N)

µk= koefisien gesek kinetis

Contoh Soal

Perhatikan gambar berikut!

Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 12 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :
a) Gaya normal
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
c) Percepatan gerak benda

Pembahasan :
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:

a) Gaya normal
Σ F_y = 0
N − W = 0
N − mg = 0
N − (10)(10) = 0
N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantai
Cek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:
f_smaks = μ_s N
f_smaks = (0,2)(100) = 20 N
Ternyata gaya gesek statis maksimum masih lebih besar dari gaya yang menarik benda (F) sehingga benda masih berada dalam keadaan diam. Sesuai dengan hukum Newton untuk benda diam :
Σ F_x = 0
F − f_ges = 0
12 − f_ges = 0
f_ges = 12 N

c) Percepatan gerak benda
Benda dalam keadaan diam, percepatan benda NOL

Gaya kontak

Gaya kontak terjadi apabila ada dua atau lebih benda yang sisinya bersentuhan .Rumus yang basanya digunakan adalah F=m.a Balok A massa 40 kg dan balok B massa 20 kg berada di atas permukaan licin didorong oleh

gaya F sebesar 120 N seperti diperlihatkan gambar berikut!

Tentukan :

a) Percepatan gerak kedua balok

b) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B

Percepatan gerak kedua balok

Tinjau sistem :

Σ F = ma

120 = (40 + 20) a

a = 120/60 m/s^2

Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B

Cara pertama, Tinjau benda A :

Σ F = ma

F − Fkontak = mA a

120 − Fkontak = 40(2)

Fkontak = 120 − 80 = 40 Newton

Tinjau benda B:

Σ F = ma

Fkontak = mB a

Fkontak = 20(2) = 40 Newton

Gaya Tegangan Tali

Gaya tegangan tali adalah gaya pada tali ketika tali tersebut dalam keadaan tegang. Arah gaya tegangan tali bergantung pada titik atau benda yang ditinjau.

Gambar diatas adalah penggambaran benda yang di gantung dengan tali, dan 2 buah benda yang dihubungkan dengan tali. Pada Gambar (a), gaya tegangan tali T yang bekerja pada benda m berarah ke atas, dan sebaliknya, gaya tegangan tali T' pada tempat tali digantungkan berarah ke bawah. Pada Gambar (b), gaya tegangan tali T1 pada m1 berarah ke kanan, sedangkan pada m2 bekerja T2 berarah ke kiri. Akan tetapi, meskipun arahnya berlawanan, besar gaya tegangan talinya sama

(T = T' dan T1 = T2). T = Tegangan Tali (N)

Contoh Soal

Dua buah balok dihubungkan dengan seutas tali dan diam di atas lantai datar licin seperti pada gambar berikut ini.

Balok pertama bermassa 4 kg dan balok kedua bermassa 6 kg. Gaya horizontal F = 40 N dikerjakan pada balok pertama. Tentukanlah:

a. percepatan tiap balok, dan

b. gaya tegangan tali penghubung.

Diketahui :

m₁ = 4 kg

m₂ = 6 kg

F = 40 N

Ditanya : percepatan dan gaya tegang tali

Dijawab :

Gaya-gaya yang bekerja pada tiap balok adalah seperti diperlihatkan pada gambar. Perhatikan bahwa gaya tegangan tali pada m₁ berarah ke kiri, sedangkan gaya tegangan tali pada m₂ berarah ke kanan.

. Tinjau balok 1 (m₁):

ΣFx=F−T=m₁a₁

Tinjau balok 2 (m₂)

ΣFx=T=m₂a₂

Karena balok 1 dan balok 2 bergerak bersama, a₁ = a₂ = a sehingga jika kedua persamaan di atas dijumlahkan, diperoleh

F = m₁a + m₂a (m₁ + m₂)a

atau

Perhatikan bahwa hasil yang sama diperoleh jika kita memandang balok 1 dan 2 sebagai satu kesatuan (sistem), dengan massa m₁ + m₂ dan diberi gaya F.

b. Tinjau balok m₂, gaya tegangan tali,

T = m₂a = 6 kg × 4 m/s² = 24 N

Gaya sentripetal

Gaya sentripetal adalah gaya yang menyebabkan suatu benda bergerak melingkar. Arah gaya ini menuju titik pusat lingkaran. Apabila suatu benda yang bergerak lurus dan diikat dengan seutas tali maka benda tersebut akan begerak melingkar.

Gaya sentripetal dirumuskan sebagai :

F=v/p^2 r

Pada gerak melingkar vertikal pada seutas tali, rumus gaya sentripetal:

ΣF= +T-m.g.cos teta

T=mg(v^2/Rg + cos teta)