DINAMIKA GERAK (HUKUM NEWTON)

Di bab sebelumnya, kalian telah mempelajari gerak benda tanpa memerhatikan penyebabnya. Di bab ini, kalian akan mempelajari penyebab gerak benda, baik gerak lurus ataupun gerak melingkar. Sebuah benda yang semula diam dapat bergerak jika dikenai suatu gaya. Pengaruh gaya pada suatu benda dapat dijelaskan dengan hukum- hukum Newton tentang gerak benda. Setelah mempelajari materi di bab ini, kalian diharapkan mampu memberikan contoh penerapan Hukum Newton dalam kehidupan seharihari dan merancang percobaan sederhana untuk membuktikan kebenaran hukum-hukum Newton. Lebih jauh lagi, kalian diharapkan mampu melakukan analisis kuantitatif untuk menjelaskan gerak benda, baik gerak lurus maupun gerak melingkar, berdasarkan hukum-hukum Newton. Download materi: DINAMIKA GERAK 

GERAK MELINGKAR

Coba perhatikan benda-benda di sekeliling kalian. Benda-benda apa saja yang dapat bergerak melingkar? Kalian pernah melihat sebuah filmyang diputar pada VCD atau DVD. Sebenarnya, kedua alat tersebut hanya berfungsi sebagai pemutar CD, sedangkan benda yang berputar pada VCDdan DVD tersebut adalah CD. Tahukah kalian mengapa CD tetap berada pada porosnya ketika berputar? Gerak melingkar dapat terjadi juga pada roller coaster sedang bergerak. Pernahkah kalian menaiki roller coaster? Jika kalian menaiki roller coaster yang sedang bergerak, kalian akan merasakan seolah-olah akan keluar atau terpental dari lintasan. Apakah yang menyebabkan hal tersebut. Untuk mengetahuinya, kalian harus memahami konsep tentang gerak melingkar. Oleh karena itu, kalian dapat mempelajari dan memahami konsep gerak melingkar pada bab ini.
Silakan Download materi ini: GERAK MELINGKAR

KINEMATIKA GERAK (GERAK LURUS)

Pada kehidupan sehari-hari kalian pasti pernah melihat orang yang berjalan, mobil yang melaju, mangga jatuh dari pohonnya, dan lain sebagainya. Semua itu kalian katakan sebagai contoh gerak. Lantas, apa yang dimaksud dengan gerak? Benda dikatakan bergerak apabila kedudukannya senantiasa berubah terhadap suatu acuan tertentu. Misalnya, kalian sedang duduk di dalam kereta api yang bergerak meninggalkan stasiun. kalian dikatakan bergerak apabila yang dijadikan titik acuan stasiun kereta api, hal ini karena kedudukan Kalian terhadap stasiun kerta api senantiasa berubah. Namun, jika yang dijadikan titik acuan kereta api, maka Kalian dikatakan tidak bergerak, karena kedudukan kalian dengan kereta api tetap.

Pada bab ini kalian akan mempelajari tentang kinematika. Kinematika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gerak tanpa memperhatikan penyebab timbulnya gerak. Sedangkan ilmu yang mempelajari gerak suatu benda dengan memperhatikan penyebabnya disebut dinamika. Dinamika akan kalian pelajari pada saat kalian mempelajari hukum-hukum Newton. 

Silakan Download materi ini:  GERAK LURUS

VEKTOR

Dalam Fisika besaran dibedakan menjadi besaran vektor dan besaran skalar. Makna sebuah mobil yang bergerak ke utara dengan kelajuan 60 km/jam berbeda dengan bergeraknya mobil ke selatan dengan kelajuan 60 km/jam. Dapatkah kalian menyebutkan perbedaan dan persamaan kedua gerak mobil tersebut?

Konsep vektor diperlukan dalam Fisika agar pengertian fisis suatu benda menjadi jelas. Pada bab ini, kalian akan mempelajari tentang vektor.

Silakan download materi ini:  VEKTOR

PENGUKURAN

Lebah merupakan serangga yang memiliki jangkauan pandangan yang mampu menembus awan dari ketinggian 1600 m. Getaran kedua sayapnya dapat melakukan getaran sebanyak 500 kali setiap detiknya. Menurut kalian, data tersebut darimana yaa?

Sains berhubungan dengan proses pemahaman tentang alam secara sistematis yang meliputi pengamatan, pengukuran dan eksperimen.Di dalam Fisika, kalian dapat mempelajari kejadian-kejadian alam serta interaksi antarbenda melalui serangkain pengukuran. Apakah pengukuran itu?

Pada bab ini kalian akan mempelajari mengenai Pengukuran dan Besaran. Silakan download materi ini:
PENGUKURAN

BESARAN TURUNAN

Besaran Turunan adalah besaran yang satuannya diturunkan dari besaran pokok. Jika suatu besaran turunan merupakan perkalian besaran pokok , satuan besaran turunan itu juga merupakan perkalian satuan besaran pokok, begitu juga berlaku didalam satuan besaran turunan yang merupakan pembagian besaran pokok. Contoh besaran turunan adalah Berat, Luas, Volume, Kecepatan, Percepatan, Massa Jenis, Berat jenis, Gaya, Usaha, Daya, Tekanan, Energi Kinetik, Energi Potensial, Momentum, Impuls, Momen inersia, dll.

Contoh :
Luas = Panjang x Lebar
Satuan luas = satuan besaran panjang x satuan besaran panjang
= m x m
= m^2

HUKUM III NEWTON (AKSI REAKSI)

Oleh : Hendradi Hardhienata (Departemen Fisika FMIPA IPB)

"To every Action there is always opposed an equal Reaction?" - Isaac Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica

Ada pepatah mengatakan "Tak kenal maka tak sayang". Pepatah ini tak hanya berlaku untuk para remaja yang sedang jatuh cinta akan tetapi juga berlaku buat para pelajar yang sedang belajar fisika. Sudahkah Anda mengenal hukum aksi-reaksi atau hukum ketiga Newton? Tentu saja sudah! Gaya aksi sama dengan (min) Gaya reaksi atau F aksi = -F reaksi. Itulah jawaban yang paling sering didengar kalau seseorang bertanya mengenai bunyi hukum tersebut. Jawaban ini tidak hanya salah tempat karena merupakan persamaan matematika (bukan pernyataan) akan tetapi juga dapat menimbulkan kesalahpahaman konsep. Ibarat mengenal seseorang, hanya namanya saja.

Kita tidak akan menghafalkan bunyi hukum aksi-reaksi karena pelajaran fisika bukanlah pelajaran menghafal bait-bait Shakespeare atau menghafal lagu-lagu wajib nasional. Kita akan berkenalan dengan hukum tersebut melalui pendekatan konsep dan aplikasi sehari-hari. Mari kita mengenal hukum aksi-reaksi secara benar! Hukum aksi-reaksi menjelaskan tentang interaksi antara dua benda. Newton menyadari bahwa gaya tidak bisa muncul dengan sendirinya. Gaya selalu muncul secara berpasangan. Jika sebuah benda A memberikan gaya kepada benda B (F[A pada B]) maka benda B akan memberikan gaya kepada benda A dengan arah yang berlawanan (F[B pada A]) dan bernilai sama besar (lihat gambar 1).

Perhatikan bahwa gaya yang disebabkan oleh A (F[A pada B]) berada/bekerja pada benda B (panah merah). Sebaliknya gaya yang disebabkan oleh B (F[B pada A]) berada pada benda A (biru). Kedua gaya ini berpasangan dan berlawanan arah tetapi tak saling meniadakan karena tidak bekerja pada benda yang sama. Mereka bekerja pada benda yang berbeda. Gaya mana yang merupakan gaya aksi dan reaksi tidak menjadi masalah. Sekarang gantilah benda A dengan Anda! Anda sedang mendorong sebuah benda B yang memiliki roda dibagian bawah (lihat gambar 2). Dorongan kaki Anda membuat Anda dan benda B bergerak ke kanan. Bagaimana menjelaskan fenomena tersebut menurut hukum aksi-reaksi?

Untuk menjelaskan mengapa balok B bergerak kita hanya melihat gaya-gaya yang bekerja pada balok B saja (lihat gambar 3). Ada dua gaya yang bekerja pada balok B yakni gaya dorongan tangan Anda (panah merah sedang) dan gaya dorongan balik tanah pada balok B (biru kecil). Perhatikan bahwa kedua gaya ini bukan merupakan pasangan aksi-reaksi karena bekerja pada benda yang sama! Gaya ini berlawanan arah. Oleh karena gaya dorong tangan lebih besar daripada gaya gesek tanah maka ada resultan gaya ke arah gaya dorong, yakni ke kanan.

Hal yang sama dapat kita lakukan untuk menjelaskan pergerakan Anda ke kanan. Pada diri Anda bekerja dua gaya yakni gaya dorong balik balok (biru sedang) dan gaya gesek tanah (merah panjang). Karena gaya gesek tanah lebih besar maka Anda terdorong ke kanan.

Jika gaya dorong balok (merah sedang) lebih kecil daripada gaya gesek tanah maka balok tidak bergerak. Itu sebabnya digunakan roda. Roda akan memperkecil gaya gesek sehingga balok lebih mudah digerakkan.

Sekarang kita tahu mengapa kuda yang menarik kereta tidak bisa menipu kusirnya dengan dalih hukum ketiga bahwa sekuat apapun kuda menarik kereta maka kereta akan menarik kuda dengan gaya yang sama dan berlawanan. Jelas sang kuda keliru! Gaya aksi-reaksi harus bekerja pada dua benda yang berbeda sehingga mereka tidak saling meniadakan pada benda yang sama. Gaya yang bekerja pada kuda adalah gaya gesek tanah dan gaya tarik kereta. Keduanya bukan gaya aksi reaksi karena sama-sama bekerja pada kuda (satu benda). Jika gaya gesek tanah lebih besar (artinya kuda harus mendorong tanah dengan gaya yang kuat) daripada gaya gesek tanah maka kuda akan memiliki gaya netto dan iapun bergerak bersama kereta (ingat kereta memiliki roda jadi gaya gesek kereta kecil dibandingkan gaya tarik kuda).

Mari kita berimajinasi lagi! Saat kita diam sambil berdiri diatas tanah ada dua gaya vertikal yang bekerja pada kita, yakni gaya berat (-mg) ke arah bawah/bumi dan gaya normal tanah (mg) ke atas. Keduanya saling menimbangi dan bernilai sama. Apakah keduanya merupakan gaya aksi reaksi? Tentu tidak! Mereka bekerja pada benda yang sama (pada Anda). Lalu siapakah pasangan gaya berat pada tubuh Anda? Ia harus bekerja pada benda lain. Benda itu adalah bumi. Benar! Bumi yang besar sedang ditarik oleh Anda tapi karena massa Anda yang menyebabkan gaya F (-m g), sangat sangat kecil dibandingkan massa Bumi maka percepatan yang diterima Bumi sangatlah kecil (a = F/M = (m g)/M, M bumi sangat besar). Keberadaan gaya normal yang merupakan reaksi dari gaya aksi benda yang menyentuh tanah menjelaskan mengapa Anda diam diatas tanah dan tidak menembus bumi! Karena resultan gaya Anda nol maka tentu saja Anda tidak menghilang dalam tanah atau terbang ke atas!

Gaya gesek memainkan peranan yang sangat penting meskipun kita seringkali tidak menyadarinya. Gaya gesek inilah yang sebenarnya membuat kita dapat berjalan dan mobil dapat bergerak. Kita berjalan dengan mendorong tanah kebelakang menggunakan kaki kita! Gaya kaki ini bekerja pada tanah. Sebagai reaksinya tanah akan mendorong kita kedepan dan kitapun berjalan tanpa berterimakasih?untung saja kita tidak berpijak pada es yang sangat licin karena gaya geseknya bisa amat kecil sehingga menyulitkan kita untuk terdorong ke depan dengan syarat kita tidak terjatuh terlebih dahulu!

Hanya kalau kita mau berimajinasi, berpikir bebas, dan mampu menjelaskan fenomena fisika dengan konsep yang benar, kita bisa sampai pada tahap menyayangi fisika?paling tidak sekarang kita telah mengenal hukum aksi reaksi dengan baik! Betul kan?

Gambar :

1. Gaya aksi reaksi terjadi secara berpasangan, arahnya berlawanan, besarnya sama, dan bekerja pada benda yang berbeda.
2. Terdapat tiga pasangan aksi-reaksi yang berarah horizontal pada gambar diatas. Pertama, pasangan aksi-reaksi gaya aksi dorongan Anda (panah merah sedang) dengan gaya reaksi dorongan balik balok pada Anda (biru sedang). Kedua, pasangan aksi-reaksi gaya aksi kaki Anda pada tanah (panah biru panjang) dan gaya reaksi tanah pada Anda (merah panjang). Ketiga gaya aksi balok pada tanah (merah pendek) dan gaya reaksi tanah pada balok (biru pendek). Gaya reaksi tanah pada benda juga dikenal sebagai gaya gesekan.
3. Terdapat dua gaya pada balok B yakni gaya dorong Anda (merah) dan gaya gesek (biru). Karena gaya merah (ke kanan) lebih besar daripada gaya biru (ke kiri) maka ada resultan gaya ke kanan.

GERAK JATUH BEBAS

GERAK JATUH BEBAS

Bila dua batu yang berbeda beratnya dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari ketinggian yang sama dalam waktu yang sama, batu manakah yang sampai di tanah duluan?
Peristiwa di atas dalam Fisika disebut sebagai jatuh bebas, yakni gerak lurus berubah beraturan pada lintasan vertikal. Ciri khasnya adalah benda jatuh tanpa kecepatan awal (vo = nol). Semakin ke bawah gerak benda semakin cepat.


Gambar di bawah menunjukan dua batu yang dijatuhkan dari ketinggian yang sama dan dalamwaktu yang sama. Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas selalu sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi. Pada materi ini, cukup Anda ketahui bahwa percepatan gravitasi bumi itu besarnya g = 9,8 dan sering dibulatkan menjadi 10 .

Pada jatuh bebas ketiga persamaan GLBB dipercepat yang kita bicarakan pada kegiatan sebelumnya tetap berlaku, hanya saja vo kita hilangkan dari persamaan karena harganya nol dan lambang s pada persamaan-persamaan tersebut kita ganti dengan h yang menyatakan ketinggian dan a kita ganti dengan g.

Jadi, ketiga persamaan itu sekarang adalah:

Persamaan-persamaan jatuh bebas
Keterangan:
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian benda (m)
t = waktu (s)
vt = kecepatan pada saat t (m/s)

Perhatikan persamaan jatuh bebas yang kedua.
Bila ruas kiri dan kanan sama-sama kita kalikan dengan 2, kita dapatkan:

sehingga:

Persamaan waktu jatuh benda jatuh bebas

Dari persamaan waktu jatuh, terlihat bahwa waktu jatuh benda bebas hanya dipengaruhi oleh dua faktor yaitu h = ketinggian dan g = percepatan gravitasi bumi. Jadi berat dari besaran-besaran lain tidak mempengaruhi waktu jatuh.Artinya meskipun berbeda beratnya, dua benda yang jatuh dari ketinggian yang sama di tempat yang sama akan jatuh dalam waktu yang bersamaan.

Dalam kehidupan kita sehari-hari mungkin kejadiannya lain. Benda yang berbeda beratnya, akan jatuh dalam waktu yang tidak bersamaan. Hal ini dapat terjadi karena adanya gesekan udara. Percobaan di dalam tabung hampa udara membuktikan bahwa sehelai bulu ayam dan satu buah koin jatuh dalam waktu bersamaan.

Contoh Soal:

1. Dari salah satu bagian gedung yang tingginya 20 m, dua buah batu dijatuhkan secara berurutan. Massa kedua batu masing-masing 1/2 kg dan 5 kg. Bila percepatan gravitasi bumi di tempat itu g = 10 m/s2, tentukan waktu jatuh untuk kedua batu itu (Abaikan gesekan udara)

Penyelesaian:

Karena gesekan udara diabaikan (umumnya memang demikian), maka gerak kedua batu memenuhi persamaan waktu jatuh gerak jatuh bebas.

Untuk batu pertama:

Dkt : h1 = h2 = 20 m,

m1 = 0,5 kg

m2 = 5 kg

g = 10 m/s

Dit: t1 = ? dan t2 = ?

Jwb:

t1 = 2 sekon

Untuk batu kedua, dengan persamaan yang sama maka:
h1 = h2 = 20m, sehingga t2 = t1 = 2 sekon

Jadi, benda-benda yang jatuh bebas dari ketinggian yang sama di tempat yang sama

(= percepatan gravitasinya sama) akan jatuh dalam waktu yang sama.

2. Seekor monyet menjatuhkan buah durian dari pohonnya (g = 10 ). Dari ketinggian berapa buah itu dijatuhkan bila dalam 1,5 s buah itu sampai di tanah? Berapa kecepatan durian itu, 1 s sejak dijatuhkan?

Penyelesaian:

Kita gunakan persamaan kedua jatuh bebas untuk menghitung ketinggian.

Jadi,
h = 1/2 . 10 (1,5)

= 5 (2,25)

= 11,25 meter

Kita gunakan persamaan pertama untuk menghitung kecepatan.

Jadi,
vt = g.t

= 10 . 1

= 10 m/s

3. Berapakah kecepatan sebuah benda saat jatuh bebas dari ketinggian 5 m saat tepat tiba di tanah (anggap g = 10 )?

Penyelesaian:

Kita gunakan persamaan ketiga jatuh bebas.

vt2= 2.g.h

= 2 . 10 . 5

= 100

vt = 10 m/s

Dengan beberapa contoh soal dan uraian singkat di atas, mudah-mudahan Anda dapat memahami peristiwa jatuh bebas. Ingatlah ketiga persamaan jatuh bebas di atas. Meskipun sederhana, persamaan ini sangat penting. Karena di materi berikutnya Anda pasti menggunakan persamaan-persamaan itu lagi.