SMPN 1 TEMPEH

@

Selasa, 04 Oktober 2011

Memahami Tentang Konsep gaya


Gaya dan Hukum Newton

PENGERTIAN GAYA

Gaya adalah suatu dorongan atau tarikan. Gaya dapat mengakibatkan perubahan – perubahan sebagai berikut :

1) benda diam menjadi bergerak

2) benda bergerak menjadi diam

3) bentuk dan ukuran benda berubah

4) arah gerak benda berubah

Macam – macam Gaya

Berdasarkan penyebabnya, gaya dikelompokkan

sebagai berikut :

(1) gaya mesin, yaitu gaya yang berasal dari mesin

(2) gaya magnet, yaitu gaya yang berasal dari magnet

(3) gaya gravitasi, gaya tarik yang diakibatkan oleh bumi

(4) gaya pegas, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh pegas

(5) gaya listrik, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik

Berdasarkan sifatnya, gaya dikelompokkan menjadi :

(1) gaya sentuh, yaitu gaya yang timbul karena titik kerja gaya, langsung bersentuhan dengan benda.

(2) gaya tak sentuh, yaitu gaya yang timbul walaupun titik kerja gaya tidak bersentuhan dengan benda.

Menggambar Gaya

Gaya merupakan besaran vektor ( memiliki nilai dan arah). Oleh karena itu, gaya dapat digambarkan dengan menggunakan diagram vektor .




GABUNGAN ( resultan ) gaya

Resultan gaya (R), yaitu penjumlahan beberapa gaya yang bekerja segaris. Sehingga secara matematis ditulis :

Untuk memudahkan perhitungan maka, gaya yang berarah kekanan atau keatas diberi tanda positif (+), dan gaya yang berarah kekiri maupun kebawah diberi tanda negatif (-)




Gaya – gaya Searah

Perhatikan gambar berikut :

Maka Nilai R = F1 + F2 = ( 2 + 6 ) N = 8 N

Gaya – gaya Yang Berlawanan Arah

Perhatikan gambar berikut :




Maka nilai R = F1 + F2 = ( -4 + 16 ) N = 12 N

Gaya-gaya Yang membentuk Sudut 90o ( Siku-siku )

Perhatikan berikut :

F1 = 4 N Fr





F2 = 3 N

Fr = √ F1 2 + F2 2 = √ 42 + 32 = √ 25 = 5 N

Arahnya menuju ke arah 450 , di tengah-tengah dari kedua gaya yang bekerja tersebut

Kedudukan yang Seimbang

Dua buah gaya dikatakan seimbang apabila kedua gaya itu sama besar, berlawanan arah, dan terletak satu garis. Resultan gaya – gaya yang seimbang R = 0.

Apabila suatu benda dalam keadaan seimbang (R= 0), maka benda tidak mengalami perubahan gerak sehingga :

(1) benda yang dalam keadaan diam akan tetap diam

(2) benda yang mengalami GLB akan tetap mengalami GLB.

hukum newton

Newton merupakan ilmuwan Inggris yang mendalami Dinamika, yaitu cabang fisika yang mempelajari tentang gerak. Newton mengemukakan tiga hukum tentang gerak :

Hukum I Newton

Hukum Kelembaman ( F = 0 )

“ Suatu benda yang diam akan tetap diam, dan suatu benda yang sedang bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan, kecuali bila ada gaya luar yang bekerja pada benda itu“.

Hukum II Newton

“ Massa benda dipengaruhi oleh gaya luar yang berbanding terbalik dengan percepatan gerak benda tersebut“

Secara matematis ditulis :


dengan : F = gaya luar ( N atau kg ms-2 )

m = massa benda (kg)

a = percepatan benda (ms-2)

Hukum III Newton

Hukum aksi reaksi

“ Suatu benda mendapatkan gaya dikarenakan berinteraksi dengan benda yang lain“

F aksi = - F reaksi

Secara matematis ditulis :

tanda (-) menunjukkan arah gaya yang berlawanan .

gaya gesekan

Gaya gesekan adalah gaya yang timbul akibat persentuhan langsung antara dua permukaan benda dengan arah berlawanan terhadap kecenderungan arah gerak benda.

dengan Fg = gaya gesekan

Besar gaya gesekan tergantung pada kekasaran permukaan sentuh. Semakin kasar permukaan, maka semakin besar gaya gesekan yang timbul.

Cara memperkecil gaya gesekan :

(1) memperlicin permukaan, misal dengan pemberian minyak pelumas atau mengampelas permukaan.

(2) memisahkan kedua permukaan yang bersentuhan dengan udara, misal kapal laut yang bagian dasarnya berupa pelampung yang diisi udara.

(3) meletakkan benda di atas roda – roda, sehingga benda lebih mudah bergerak.

Gaya Gesekan yang Merugikan

Contoh gaya gesekan yang merugikan :

(1) gaya gesekan pada mesin mobil dan kopling menimbulkan panas yang berlebihan sehingga mesin mobil cepat rusak karena aus.

(2) gaya gesekan antara ban mobil dengan jalan mengakibatkan ban mobil cepat aus dan tipis.

(3) gaya gesekan antara angin dengan mobil dapat menghambat gerakan mobil.

Gaya berat / BERAT benda

Berat benda adalah pengaruh gaya tarik bumi yang bekerja pada benda tersebut. Sehingga W = m g.

dengan :

W = berat benda ( N )

m = massa benda yaitu ukuran banyaknya

zat yang terkandung pada benda (kg)

Senin, 03 Oktober 2011

Memahami konsep usaha dan daya

Usaha, Energi dan Daya


usaha
usaha

USAHA






Usaha oleh suatu gaya sama dengan hasil kali antara gaya dengan perpindahan yang searah dengan gaya tersebut.
                      W = F x s
Keterangan :
W = Usaha ( Newton meter (Nm) = Joule( j ))
F  = gaya (Newton(N))
S  = jarak (meter (m))
           
* Gaya tidak melakukan usaha jika :
1.      benda tidak berpindah (s  = 0 )
2.      benda bergerak menempuh suatu luasan tertutup, yaitu berawal dan berakhir pada satu titik  yang sama ( s = 0 )
3.      gaya tegak lurus dengan perpindahan.
Besar usaha yang dilakukan dalam apa saja adalah sama dengan energi yang dipindahkan dari satu benda ke benda lainnya.
Usaha positif, jika usaha yang dilakukan searah dengan perpindahan.
Usaha negatif, jika usaha yang dilakukan berlawanan arah dengan perpindahan.

Usaha oleh sekelompok gaya yang bekerja pada suatu benda  adalah sama dengan jumlah aljabar dari tiap-tiap gaya tersebut.
ENERGI
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi diukur dalam satuan joule. Berbagai bentuk energi : E. Kimia, E Mekanik, E Listrik, E Bunyi, E Kalor, E Cahaya, E Nuklir, dll.
Energi Kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya atau kelajuannya. Energi kinetik tergantung pada massa dan kelajuan benda.

Keterangan :
EK  = Energi Kinetik (Joule( j )
m = massa benda ( kg )
v = kecepatan benda (m/s)
Energi Potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda karena posisinya. Misal energi potensial gravitasi, energi kimia, energi listrik, energi nuklir. Secara umum energi potensial dirumuskan sbb :
                          EP = m x g x h
Keterangan :
EP = Energi Potensial (Joule ( j )
m = massa benda ( kg )
g = gaya gravitasi (m/s)
h = ketinggian ( m )
Hukum kekekalan energi = “ energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk lainnya.
Sumber Energi dibagi 2 :
  1. Sumber yang dapat diperbaharui
Misal : air, listrik, gelombang laut, panas bumi
  1. Sumber yang tak dapat diperbaharui
Misal : minyak, gas, batubara

Konventer energi adalah perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Misalnya dari energi kinetik menjadi energi kalor. Energi listrik menjadi energi kalor ( setrika ), energi listrik menjadi energi gerak dll.
Energi biomassa adalah energi yang berasal dari tumbuh-tumbuhan dan binatang khususnya tumbuh-tumbuhan yang mudah tumbuh ( misal tebu, padi dll sumber makanan kita )

Efek rumah kaca adalah efek penyerapan pancaran panas dari permukaan bumi menuju ke atmosfir oleh gas rumah kaca ( misalnya karbon dioksida ).
Hujan asam adalah hujan yang mengandung asam (misal asam sulfurdioksida )

DAYA
Daya dapat didefinisikan sbb : usaha yang dilakukan gaya dalam satuan waktu, atau laju melakukan usaha, atau laju perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Keterangan :
P  = Daya (Joule/ detik ( j/s ) = watt )
W = Usaha ( Joule )
t  = waktu ( detik (dt) = second (s))

1 Newton meter = 1 joule
1 joule/second = 1 watt
1 hp = 750 watt

PESAWAT SEDERHANA
Setiap alat yang mempermudah kita melakukan usaha disebut dengan pesawat. Pesawat berfungsi mempermudah kita melakukan usaha tetapi tidak mengurangi usaha yang harus dilakukan.
Pesawat paling sederhana disebut dengan pesawat sederhana misal : tuas, katrol, bidang miring dan roda gigi.
Keuntungan mekanik sebuah pesawat sederhana didefinisikan sebagai perbandingan antara kuasa yang dilakukan dengan beban yang ditanggung.
TUAS
Pada tuas berlaku hukum kekekalan usaha adalah sbb :
Usaha masukan = usaha keluaran

          WF = Ww  atau F x lk = W x lb

Keterangan :
WF = usaha masukan atau usaha yang dilakukan gaya (Joule ( J ) atau Newton Meter (Nm))
Ww = Usaha keluaran atau usaha akibat beban (Joule ( j ) atau Newton meter (Nm))
lk = lengan kuasa (meter (m))
lb = lengan beban (meter (m))
w = berat beban (Newton (N))
F = gaya (Newton(N)

Keuntungan mekanik pada tuas adalah :
            Keuntungan mekanik = W/F atau Keuntungan mekanik = lk/lb
Ada 3 macam tuas :
1.      tuas kelas pertama ( w – T – F )
2.      tuas kelas kedua ( T – w – F )
3.      tuas kelas ketiga ( T – F – w )
T = titik tumpu, w  = beban , dan F = gaya
KATROL
Katrol adalah pesawat sederhana yang digunakan untuk menaikkan beban berat.
Katrol tetap tidak memperbesar gaya tetapi hanya merubah arah gaya sehingga searah dengan gaya berat. Sedangkan katrol bergerak tidak merubah arah gaya melainkan mengkalikan gaya. Keuntungan mekanis katrol tetap adalah 1, sedangkan katrol bergerak adalah 2.

BIDANG MIRING

Bidang miring merupakan permukaan sederhana berupa permukaan miring yang penampangnya berbentuk segitiga dan berfungsi sebagai pengali gaya.
Keuntungan mekanis (n) bidang miring :
              n = s/h
s = sisi miring bidang miring
h = sis tegak bidang miring
Bidang miring yang bergerak adalah baji, sekrup.
 Contoh baji adalah pisau, kampak.
1.      Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 5 m, mendapat perlawanan gesekan dengan papan sebesar 180 newton. Berapa besarnya usaha dilakukan oleh benda tersebut.

2.      Gaya besarnya 60 newton bekerja pada sebuah gaya. Jika benda berpindah sejauh 50 m. Berapa besarnya usaha ?

3.      Gaya besarnya 60 newton menyebabkan benda berpindah horizontal sejauh 10 m. Berapa besarnya usaha ?

4.      Berapa besar usaha jika sebuah  elevator yang beratnya 2000 N dinaikkan setinggi 80 m ? Berapa besar energi potensial elevator setelah dinaikkan ?
   
5.      Berapa besar usaha untuk menaikkan 2 kg setinggi 1,5 m di atas lantai ? Berapa besar energi potensial benda pada kedudukan yang baru ? (g = 10 m/s2)

6.      Gaya besarnya 300 newton dapat menggerakkan benda dengan daya 1 HP. Berapa besarnya kecepatan benda.
  
7.      Berapa besar energi kinetik suatu benda yang bergerak dengan kecepatan 20 m/s, jika massa benda 10 kg ?
  
8.      Benda massanya 1 kg mempunyai energi kinetik besarnya 1 joule berapa kecepatan benda ?

9.      Benda yang massanya 2 kg (g = 10 m/s2) jatuh dari ketinggian 4 m di ats tanah. Hitung besar energi potensial benda ?

10.  Sebuah benda dengan massa 2 kg berada pada ketinggian 200 m dari permukaan tanah. Jika grafitasi setempat 10 m/s2 maka hitunglah Energi potensial yang dimiliki oleh benda tersebut ?

11.  Gaya besarnya 60 newton menyebabkan benda berpindah horizontal sejauh 10 m selama 6 detik. Berapa besarnya daya untuk memindahkan barang tersebut ?

soal latihan gaya hukum newton dan energi

Iki lo rek soale garapen wis
1. Pada sebuah benda bekerja gaya 2 buah gaya masing2 besarnya 40N kekanan dan 65N kekiri hitunglah :resultan dan arah gaya yang bekerja pada benda dan berapakah besar gaya ketiga yang harus diberikan pada benda tersebut agar benda dalam keaadan setimbang?
2. Sebuah benda terletak diatas meja diberikan gaya keatas sebesar 60N menghasilkan percepatan 2m/s2 bila grafitasi bumi 10N/kg hitung berat benda tsb
3. Empat buah gaya bekerja pada sebuah benda masing2 besarnya 6N kekanan 7N kekiri 8N kekanan 12N kekiri tentukan besar gaya kelima agar benda dalam keaadaan setimbang
4. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 20m/s kemudian di rem selama 2 sekon hingga kecepatanya menjadi 18m/s bila massa mobil 4000kg hitung besar gaya pengereman yang diberikan pada mobil tsb.
5. Sebuah benda diberikan gaya 200N bergerak dengan percepatan 2m/s2 berapakah percepatan benda tsb bila massa benda diperbesar 4/3kali massa benda mula2
6. sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 20m/s energi kinetik yang dimiliki mobil tersebut 800000 joule hitung berat mobil tsb bila grafitasi 10N/kg
7. sebuah benda beratnya 400N berada pada ketinggian 6m hitung besar energi potensial yang dimiliki oleh benda tsb.
8. Sebuah benda dijatuhkan pada ketinggian 10m dari lantai biila berat benda 50N hitung kecepatan benda saat menyentuh lantai
9. Sebuah benda dijatuhkan pada ketinggian 6m bila massa benda 3kg dan grafitasi bumi 10N/kg hitung tinggi benda saat kecepatan benda 2m/s
10. Sebuah benda dijatuhkan pada ketinggian 7,2m hitung kecepatan benda saat energi potensial benda 3kali energi kinetiknya
11. Sebuah mobil massanya 2000kg bergerak dengan kecepatan 20m/s kemudian direm hingga kecepatannya 10m/s selama pengereman mobil menmpuh jarak 20m hitung besar gaya pengereman yang diberikan pada mobil tsb.
12. Sebuah benda massaya 3kg diangkat sampai ketinggian 3m bila g= 10N/kg hitung besar usaha untuk mengangkat benda tsb.
13. Sebuah benda yang sedang bergerak mempunyai energi kinetik 800 joule benda tsb dipercepat hingga energi kinetiknya 1000joule hitung besar usaha yang dilakukan benda tsb.
14. Seorang pria yang beratnya 600N mampu menaiki tangga setinggi 10m dalam waktu 10s hitung daya yang dimiliki pria tsb.
15. Seorang yang beratnya 600N berlari sejauh 720m selama 8 menit hitung daya orang tersebut