9/20/2012

1

M E K A N I K A

TIM FISIKA

MEKANIKA

Mekanika adalah cabang ilmu fisika yang berhubungan dengan perilaku benda yang menjadi subyek gaya atau perpindahan, dan efek selanjutnya pada benda tersebut dalam lingkungan mereka.

HUKUM NEWTON

9/20/2012

2

HUKUM NEWTON I

Hukum Pertama: Sebuah benda yang diam atau bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap diam atau tetap bergerak pada kecepatan konstan jika tidak ada resutan gaya yang bekerja pada benda tersebut

Inersia: sifat suatu benda untuk mempertahankan keadaannya

Apa yang terjadi pada pengemudi jika mobil bergerak dari keadaan diam atau ketika tiba-tiba mengerem?

a. Pengemudi terdorong ke belakang. Benda yang diam cenderung tetap diam

b. Pengemudi bergerak ke depan ketika terjadi pengereman. Benda yang bergerak cenderung untuk terus bergerak.

CONTOH KEHIDUPAN NYATA Jika benda bergerak cenderung tetap bergerak, benda kenapa tidak bergerak terus selamanya?

Benda tidak terus bergerak selamanya karena hampir selalu ada gaya tidak seimbang yang bekerja

Ada gesekan

9/20/2012

3

Tipe-tipe Gesekan

– Sliding friction: ice skating

–Rolling friction: bowling

– Fluid friction (air or liquid): air or water resistance

– Static friction: initial friction when moving an

Di luar angkasa, jauh dari gravitasi dan setiap sumber gesekan, sebuah roket diluncurkan dengan kecepatan dan arah tertentu akan terus dalam arah yang sama dan pada kecepatan yang sama selamanya.

Hukum Newton II

• Hukum Kedua: Ketika suatu resultan gaya bekerja pada suatu benda percepatan Proporsional terhadap gaya dan berbanding terbalik terhadap massanya.

Fa

m

Percepatan: 2 m/s2 Percepatan: 4 m/s2

9/20/2012

4

F F

a

a/2

Apa kata F = m a ?

Sesuatu yang sangat besar (massa

yang tinggi) yang mengubah

kecepatan sangat lambat (akselerasi

rendah), seperti gletser, masih bisa

memiliki kekuatan besar.

Sesuatu yang sangat kecil (massa rendah)

yang mengubah kecepatan sangat cepat

(akselerasi tinggi), seperti peluru, masih

bisa memiliki kekuatan besar.

Contoh 1. Sebuah gaya 4.2 x 104 N bekerja pada sebuah

pesawat yang memiliki massa 3.2 x 104 kg selama takeoff.

Berapa gaya pada pilot pesawat dengan BB 75-kg? Berat dan massa

• Berat adalah gaya yang disebabkan oleh gravitasi. Arah ke bawah dan bervariasi pada lokasi yang berbeda..

• massa adalah konstanta universal yang merupakan ukuran inersia tubuh

F = m a so that: W = mg and m = W g

9/20/2012

5

Contoh massa dan Berat

Berapa massa dari 64 lb bloks?

W = mg

64 lb 32 ft/s2

Berapa berat dari 10 kg balok ?

9.8 m/s2 W

m 10 kg W = mg = (10 kg)(9.8 m/s2)

W = 98 N

2

64 lb

32 ft/2 s s

slugm

massa konstan, Berat bervariasi.

98 N 9.8 m/s2

28 N 2.8 m/s2

96 lb 32 ft/s2

24 lb 8 ft/s2

massa = 10 kg massa = 3 slugs

Ketidakkonsistenan Penggunaan

Sering satuan metrik dipakai secara tidak konsisten. massa dalam kg sering dipergunakan sebagai berat (N). Kadang-kadang disebut kg gaya.

Kilogram adalah suatu massa – tidak pernah berupa gaya – dan ini tidak berhubungan dengan arah atau bervariasi karena gravitasi.

Seorang ahli kimia mungkin diminta menimbang suatu bahan dengan berat 200 g. Juga kadang kita menemui 10-kg beban sebagaimana seperti berat.

F

10 kg

Hukum Newton III

Gaya aksi dan reaksi antara benda yang

berhubungan mempunyai besar dan garis aksi

yang sama dan berlawanan arah

http://www.allstar.fiu.edu/aero/rocket1a.htm

9/20/2012

6

Kita gunakan kata dilakukan oleh dan terhadap untuk mempelajari gaya aksi dan reaksi

Aksi

Reaksi Gaya aksi dilakukan oleh tangan terhadap batang Gaya reaksi dilakukan oleh batang terhadap tangan

Hukum Newton III pada alam

Seekor ikan menggunakan sirip untuk mendorong air ke belakang. Air bereaksi

dengan mendorong ikan ke depan

Besarnya gaya pada air sama dengan besarnya

gaya pada ikan, arah berlawanan

Contoh: 60 kg atlit mendorong 10 kg skateboard, Jika dia menerima percepatan 4 m/s2, berapakan percepatan

skateboard?

Gaya Pelari

Gaya Papan

Review Free-body Diagrams:

• Baca permasalahan; gambarkan dan beri label

• Buatlah diagram gaya pada setiap obyek, dan diagram vektor

• Nyatakan dalam persegi empat dan beri label komponen x dan y

• Beri label semua komponen dan pilih arah yang positif.

9/20/2012

7

Contoh Free-body Diagram

300 600

4 kg

A A B

B

W = mg

300 600

Bx

By

Ax

Ay

1. Sketsa gambar dan label

2. Gambarkan dan label diagram vektor gaya.

3. Nyatakan dalam persegi empat dan beri label komponen x dan y

Aplikasi Hukum Newton II

• Baca, gambarkan dan beri label permasalahan.

• Gambar free-body diagram untuk setiap body.

• Pilih sumbu x atau y sepanjang gerakan dan pilih arah gerakan sebagai arah positif.

• Tulis hukum Newton II untuk kedua sumbu :

SFx = m ax SFy = m ay

• Selesaikan besaran yang belum diketahui.

Contoh: Sebuah kereta dan kusir memiliki massa 120 kg. Berapa gaya yang dibutuhkan untuk menghasilkan percepatan 6 m/s2 jika gesekan

diabaikan?

1. Baca permasalahan dan gambar sketsanya.

2. Gambar diagram vektor gaya dan beri label.

Diagram untuk kereta:

n

W

F

3. Pilih sumbu x sepanjang gerakan dan indikasikan arah kanan sebagai nilai positif

x

+ SFy = 0; n - W = 0

Gaya normal n sama dengan berat W

SFx = max; F = ma

F = (120 kg)(6 m/s2)

F = 720 N

Diagram untuk kereta:

n

W

F x

+

m = 120 kg

4. Tulis hukum Newton II untuk kedua sumbu

ay = 0

9/20/2012

8

Hukum Gravitasi Newton

• Dua partikel dengan massa m1 dan m2 akan saling tarik

menarik secara proporsional terhadap massanya dan

berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya

F = G 𝒎𝟏𝒎𝟐

𝒅𝟐

d = jarak antara 2 partikel

G = konstanta gravitasi

Medan Gravitasi