Mengenal Beberapa Gaya dalam Mekanika

Dalam fisika, salah satu topik yang penting, bahkan sangat penting, adalah hukum-hukum Newton tentang gerak. Dalam mempelajari hukum-hukum gerak Newton, konsep gaya merupakan konsep yang sangat penting. Oleh karena itu, dalam tulisan ini, secara khusus kita akan membahas tentang beberapa jenis gaya yang lazim kita temui dalam menyelesaikan soal-soal fisika.

Ingat ya, gaya dalam konteks Fisika berbeda dengan istilah gaya yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari kita! Dalam Bahasa Inggris gaya dalam Fisika itu adalah force sedangkan gaya dalam bahasa sehari-hari kita bahasa Inggrisnya adalah style.

Gaya adalah sebuah besaran vektor. Tentu, Anda sudah tahu apa itu besaran vektor kan? Sila dibaca di sini untuk menyegarkan ingatan. Karena merupakan besaran vektor, maka gaya memiliki arah. Oleh karena itu, penting sekali bagi kita untuk mengetahui arah dari gaya yang sedang kita hadapi.

Berikut ini beberapa jenis gaya yang sering kita hadapi dalam menganalisa soal-soal mekanika.




1. Gaya berat (berat)


Gaya berat (yang kadang langsung saja disebut berat tanpa ada kata “gaya”) adalah gaya yang timbul pada sebuah benda akibat adanya gaya tarik gravitasi antara massa benda tersebut dengan massa planet dimana benda tersebut berada. Karena itu, gaya berat sering juga disebut gaya gravitasi.

Gaya berat diberikan oleh rumus : \[{\bf{W}} = m \cdot {\bf{g}}\] Dimana W adalah simbol untuk berat (dari bahasa Inggris Weights) dengan satuan N (Newton), m adalah massa benda dengan satuan kg dan g adalah percepatan gravitasi di tempat itu dengan satuan m/s2.

Gaya berat selalu berarah vertikal ke pusat planet (bumi).

2. Gaya tegangan (tegangan)


Saat sebuah benda menegang, misalnya tali yang ditarik pada kedua ujungnya, maka pada benda tersebut akan muncul gaya tegangan. Kadang kala disebut lengkap dengan mengatakan gaya tegangan tali. Contoh lain adalah kawat yang dibentangkan lurus-lurus kemudian kedua ujungnya terikat pada dinding disebut mengalami tegangan. Gaya tegangan ini berasal dari interaksi elektromagnetik antara molekul-molekul material kawat tersebut.

Gaya tegangan yang ada pada sebuah benda ditimbulkan oleh dua buah gaya yang bekerja dengan arah yang berlawanan pada masing-masing ujung benda tersebut.

Jika kita mengatakan tali itu mengalami tegangan, itu berarti pada sebarang titik di sepanjang tali tersebut bekerja dua buah gaya yang besarnya sama tetapi arahnya saling berlawanan. Misalnya pada gambar di atas.

Jika sebuah tali salah satu ujungnya kita ikatkan pada langit-langit dan ujung lainnya digantungkan beban (seperti gambar), maka di sepanjang tali akan bekerja gaya tegangan tali. Di bagian ujung tali yang diikatkan ke langit-langit, tegangan tali menarik titik simpul ke arah bawah. Sedangkan di bagian ujung yang digantungkan balok, tegangan tali menarik balok ke arah atas.

Pada umumnya, dalam banyak soal, massa tali dianggap dapat diabaikan. Hal ini tidak berarti bahwa tali tersebut tidak bermassa, tetapi berarti bahwa dibandingkan massa benda lain yang terlibat, misalnya massa balok pada gambar di atas, massa tali jauh lebih kecil sehingga dapat diabaikan. Dengan mengabaikan massa tali ini, maka tegangan tali di sepanjang tali akan bernilai sama. Arah tegangan tali akan selalu terletak sepanjang talinya.

3. Gaya pada pegas


Jika sebuah pegas ditarik sehingga bertambah panjang dibandingkan panjang mula-mulanya (yaitu panjangnya dalam keadaan tidak “diapa-apakan”), maka akan muncul gaya yang akan berusaha mengembalikan pegas tersebut ke panjang mula-mulanya. Demikian sebaliknya, jika pegas itu kita tekan, sehingga panjang pegas menjadi lebih kecil dibandingkan panjang mula-mulanya, maka sebuah gaya akan muncul yang berusaha mendorong pegas itu agar kembali ke panjang mula-mulanya.

Menurut hasil eksperimen, diketahui bahwa besar gaya yang muncul pada pegas ini, yang sering disebut dengan gaya pegas, sebanding dengan pertambahan (atau pengurangan) panjang pegas tersebut asalkan pertambahan atau pengurangan panjangnya masih terjadi dalam batas elastisitas pegas. (Pegas memiliki batas elastisitas. Jika pegas ditarik atau ditekan sehingga panjang mula-mulanya berubah, kemudian tarikan atau tekanan tersebut dilepaskan, maka pegas pasti akan kembali ke panjang mula-mulanya. Ini terjadi pada daerah elastisitas. Jika kita menarik pegas sehingga pertambahan panjangnya sangat besar, boleh jadi pegas tidak dapat kembali ke panjang mula-mulanya setelah tarikan dilepas. Dalam kondisi ini, berarti pegas telah melampaui batas elastisitasnya.)

Bahwa gaya pegas sebanding dengan pertambahan panjangnya, pertama kali diketahui oleh Hooke sehingga sering disebut hukum Hooke yang dapat dituliskan dalam bentuk persamaan:

\[F = kx\]
Dimana k adalah konstanta pegas, F adalah gaya pegas dan x adalah pertambahan panjang pegas dari panjang mula-mulanya.

4. Gaya normal


Gaya normal merupakan gaya yang muncul jika dua buah benda bersentuhan (berinteraksi). Arah gaya normal ini selalu tegak lurus terhadap permukaan benda yang mengalami persentuhan. Gambar-gambar berikut ini adalah contoh gaya-gaya normal yang muncul saat dua benda bersentuhan. R pada gambar menyatakan gaya normal. Beberapa referensi sering menggunakan simbol N untuk gaya normal, termasuk dalam blog ini.


5. Gaya gesek


Gaya gesek adalah gaya yang pada umumnya memiliki arah yang melawan arah gerak benda. Gaya gesek muncul jika sebuah benda bergerak meluncur pada benda lain. Dalam keadaan ini maka gaya geseknya disebut gaya gesek kinetik atau gaya gesek dinamik. Selain itu, gaya gesek juga dapat muncul pada situasi dimana sebuah benda memiliki kecenderungan untuk meluncur (meskipun belum bergerak). Contohnya, pada sebuah balok yang diam di atas bidang miring, maka balok itu akan cenderung meluncur ke bawah. Dengan demikian, pada situasi ini akan muncul gaya gesek yang mengarah ke atas. Gaya gesek seperti ini disebut gaya gesek statis.

Beberapa sifat-sifat dari gaya gesekan adalah :

  • Luas bidang yang bersentuhan pada kedua benda tidak berpengaruh terhadap gaya gesek.
  • Gaya gesekan dinamis dinyatakan dengan persamaan: \[{f_d} = {\mu _d}N\] dengan N adalah gaya normal pada permukaan yang bersentuhan dan \({\mu _d}\) adalah koefisien gesek kinetik.
  • Gaya gesek kinetik (dinamik) tidak dipengaruhi oleh kecepatan luncuran benda
  • Nilai maksimum dari gaya gesek statis yang dapat muncul antara kedua permukaan yang bersentuhan adalah \[{f_s} = {\mu _s}N\] Dengan N adalah gaya normal pada permukaan yang bersentuhan dan \({\mu _s}\) adalah koefisien gesek statis. Nilai koefisien gesek statis lebih besar dari nilai koefisien gesek kinetik sebuah permukaan.

6. Gaya apung


Benda yang ditempatkan dalam sebuah fluida akan mengalami gaya ke atas yang disebut gaya apung. Jika gaya apung ini sama dengan berat benda, maka benda ini akan melayang di dalam fluida. Jika gaya apung lebih kecil dari pada berat benda maka benda akan tenggelam. Gaya apung ini disebabkan oleh tekanan yang dilakukan oleh fluida terhadap benda.




Mengenal Beberapa Gaya dalam Mekanika Mengenal Beberapa Gaya dalam Mekanika Reviewed by Aska Gifari on Kamis, September 14, 2017 Rating: 5

Tidak ada komentar:

Diberdayakan oleh Blogger.