GAYA DAN PERSAMAANNYA

GAYA dan PERSAMAAN NYA

ALFIANI DYAH

A. PENGERTIAN GAYA

Gaya adalah tarikan atau dorongan yang terjadi terhadap suatu benda. Gaya dapat menimbulkan perubahan posisi, gerak atau perubahan bentuk pada benda. Gaya termasuk ke dalam besaran Vektor, karena memiliki nilai dan arah. Sebuah Gaya disimbolkan dengan huruf F (Force) dan Satuan Gaya dalam SI (Satuan Internasional) adalah Newton, disingkat dengan N. Pengukuran gaya dapat dilakukan dengan alat yang disebut dinamometer atau neraca pegas. Untuk melakukan sebuah gaya diperlukan usaha (Tenaga), semakin besar gaya yang hendak dilakukan, maka semakin besar pula Usaha (tenaga) yang harus dikeluarkan.

PENGERTIAN SIFAT RUMUS SATUAN GAYA

B. SIFAT – SIFAT GAYA

Berdasarkan penjelasan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa gaya memiliki beberapa sifat berikut :

• Gaya dapat mengubah arah gerak benda
• Gaya dapat mengubah bentuk benda
• Gaya dapat mengubah posisi benda dengan cara menggerakkan atau memindahkannya

C. RUMUS DAN SATUAN GAYA

Gaya dirumuskan dengan tiga rumusan dasar yang menjelaskan kaitan gaya dengan gerak benda. Tiga Rumusan dasar ini adalah HUKUM NEWTON 1, 2, dan 3.

a. Hukum Newton 1

Jika Resultan (Penjumlahan atau pengurangan gaya) yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka benda yang semula diam akan tetap diam, dan benda yang bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan.

Jadi Rumus Hukum Newton 1 adalah :

∑F = 0

Keterangan :

∑F = resultan gaya (Kg m/s2)

b. Hukum Newton 2

Percepatan (Perubahan dari kecepatan) gerak benda selalu berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda dan selalu berbanding terbalik dengan massa benda.

Jadi Rumus Hukum Newton 2 adalah :

∑F = m.a

Keterangan :

∑F = resultan gaya (Kg m/s2)

m = Massa Benda (Kg)

a = percepatan (m/s2)

c. Hukum Newton 3

Setiap Aksi akan menimbulkan reaksi, artinya Jika Suatu benda mengerjakan gaya terhadap benda kedua makan, benda kedua akan membalas gaya dari benda pertama dengan arah yang berlawanan.

Jadi Rumus Hukum Newton 3 adalah :

∑FAKSI = -∑FREAKSI

D. MACAM - MACAM GAYA

1. Berdasarkan Sentuhannya dengan benda, gaya dibagi menjadi 2, yaitu :

a. Gaya Sentuh

Gaya Sentuh adalah gaya yang bekerja dengan sentuhan. Artinya Suatu gaya akan menghasilkan efek apabila terjadi sentuhan dengan benda yang akan diberikan gaya tersebut, apabila tidak terjadi sentuhan, maka gaya tidak akan bekerja pada benda. Gaya ini akan muncul ketika benda bersentuhan dengan benda lain yang menjadi sumber gaya.

Contohnya, ketika seseorang hendak memindahkan meja, maka ia harus menyentuh menja tersebut kemudian mendorongnya ke tempat tujuan, pada kasus ini terjadi sentuhan antara manusia sebagai sumber gaya, dan meja sebagai target yang henda diberikan gaya. Apabila tidak terjadi sentuhan antara keduanya maka meja tidak akan berpindah sesuai keinginan.

b. Gaya Tak Sentuh

Gaya Tak Sentuh adalah gaya yang akan bekerja tanpa terjadinya sentuhan. Artinya Efek dari gaya yang dikeluarkan oleh sumber gaya tetap dapat dirasakan oleh benda walaupun mereka tidak bersentuhan.

Contohnya adalah Gaya Magnet dan Gaya Gravitasi, pada gaya magnet, ketika kita meletakkan besi di dekat magnet (tanpa bersentuhan), maka besi tersebut akan tertarik ke arah magnet karena merasakan efek dari gaya yang dikeluarkan oleh magnet tersebut.

2. Berdasarkan Jenis Gaya

Secara Umum dikenal 7 Jenis Gaya utama, yaitu  :

a. Gaya Otot

Sesuai dengan namanya Gaya otot merupakan gaya yang dilakukan oleh makhluk hidup yang memiliki otot. Gaya timbul dari koordinasi dari struktur otot dengan rangka tubuh. Gaya Otot Termasuk ke dalam kelompok Gaya Sentuh. Contohnya adalah seseorang yang mengangkat batu. Untuk mengangkat batu tersebut, otot di dalam tubuhnya berkoordinasi sehingga mampu menggerakan tangan untuk mengangkat batu.

b. Gaya Pegas

Gaya Pegas adalah gaya dihasilkan oleh sebuah pegas. Gaya pegas disebut juga gaya lenting pulih yang terjadi karena adanya sifat keelastisan suatu benda. Gaya Pegas termasuk ke dalam kelompok Gaya Sentuh. Gaya Pegas timbul karena pegas dapat memapat dan merenggang sehingga bentuknya dapat kembali seperti semula setelah terjadi gaya tersebut. Contohnya adalah ketika seseorang pemanah menarik anak panah kebelakang, maka busur pada panah tersebut akan mengikuti arah busur yang ditarik, kemudian setelah anak panah dilepaskan, maka pegas pada busur panah akan kembali ke bentuk semulanya. Contoh lainnya adalah ketapel, sistem kerjanya sejenis dengan busur panah.

c. Gaya Gesek

Gaya Gesek adalah gaya yang timbul karena terjadinya persentuhan langsung antara dua permukaan benda. Gaya Gesek merupakan gaya yang arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak benda atau arah gaya luar. Gaya gesek termasuk ke dalam kelompok gaya sentuh. Besar kecilnya gaya gesekan ditentukan oleh halus atau kasarnya permukaan benda. Semakin halus permukaan, maka semakin kecil gaya gesekan yang timbul sehingga gaya yang dibutuhkan untuk membuat benda tersebut bergerak semakin kecil juga. Contohnya apabila batu yang sama dengan jumlah gaya luar yang sama di gerakan pada 2 permukaan , satu di lantai keramik (Halus), satu lagi di lantai semen (kasar), maka pergerakan batu di lantai keramik akan lebih cepat da mudah dibandingkan pergerakan batu pada lantai semen.

Gaya Gesek terbagi menjadi 2, yaitu :

• Gaya Gesek Statis, yaitu gaya gesek yang terjadi ketika benda diam. Gaya gesek statis terjadi apabila gaya luar yang diberikan kepada benda nilainya sama dengan gaya gesekan yang terjadi sehingga benda tersebut akan diam tidak bergerak karena resultan (penjumlahan) gaya yang terjadi padanya sama dengan nol. Contohnya, ketika ada sebuah benda diletakan pada bidang miring dan benda tersebut kita tahan dengan tangan, maka benda itu tidak akan bergerak (tetap diam) karena resultan gaya dari tangan kita sama dengan resultan gaya gesek yang terjadi, namun apabila kita melepaskannya, maka benda tersebut akan kembali bergerak.
• Gaya Gesek Kinetik, yaitu gaya gesek yang terjadi ketika benda dalam keadaan bergerak. Gaya Gesek Kinetik terjadi ketika nilai gaya gesek selalu lebih kecil dibandingkan gaya luar yang bekerja padanya, sehingga gaya luar menang dan membuat benda tersebut bergerak. Contohnya adalah gaya gesek antara permukaan mobil dengan aspal ketika mobil bergerak, gaya gesek yang terjadi lebih kecil, dari gaya mesin sehingga mobil mampu bergerak.

d. Gaya Mesin

Gaya Mesin adalah gaya yang dihasilkan oleh kerja mesin, seiring berkembangnya teknologi, mesin yang dibuatpun semakin canggih. Gaya Mesin sangat membantu dalam meringankan aktivitas manusia. Contohnya adalah Kerja Mobil dan Motor.

e. Gaya Gravitasi Bumi (Gaya Berat)

Gaya Gravitasi Bumi adalah Gaya tarik bumi terhadap seluruh benda bermassa yang terdapat pada permukaannya. Sahabat pasti sudah mengetahui bahwa dengan adanya gravitasi bumi, maka kita dapat berdiri tanpa masalah dipermukaannya, apabila tidak terdapat gaya gravitasi bumi, maka setiap benda akan melayang seperti halnya di luar angkasa.

Gaya gravitasi adalah gaya tarik menarik antar dua benda yang memiliki massa. Gravitasi matahari menyebabkan benda-benda disekitar matahari beredar mengelilinginya. Begitu juga dengan gravitasi bumi yang menarik benda disekitarnya baik itu didalam atau diluar angkasa (bulan, meteor, satelit dan sebagainya) asalkan benda tersebut memiliki massa.

Hukum gravitasi universal menyatakan bahwa setiap massa benda menarik massa benda lainnya dengan gaya yang menghubungkan kedua benda. Besar gaya ini yaitu berbanding lurus dengan perkalian kedua massa dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua massa benda tersebut.

Jika dua buah benda bermassa m1 dan m2 dipisahkan oleh jarak R, maka besar gaya gravitasi antar kedua benda adalah :

Keterangan :

F = gaya tarik gravitasi (N)

G = konstanta gravitasi umum (6,673 x 10–11 Nm2/kg2)

m1, m2 = massa masing-masing benda (kg)

R2 =  jarak antara kedua benda (m)

DUA BENDA YANG MENGALAMI GRAVITASI

Pada gambar diatas, F12 merupakan gaya gravitasi yang dikerjakan m1 pada m2 sedangkan F21 merupakan gaya yang dikerjakan m2 pada m1. F12 bekerja pada m2 menuju m1, begitu juga sebaliknya F21 bekerja pada m1 dan menarik m1 menuju m2. F12 dan F21 mempunyai besar yang sama dengan arah yang saling berlawanan sehingga disebut dengan pasangan aksi reaksi. Pada gambar juga terdapat unsur r, dimana r merupakan jarak antara pusat m1 dan pusat m2.

·         APLIKASI HUKUM GRAVITASI

           Menghitung Kecepatan Satelit

Satelit merupakan benda luar angkasa yang mengitari benda lainnya yang memiliki massa yang lebih besar dari massa satelit tersebut, seperti bulan yang merupakan satelitnya bumi. Menghitung kecepatan satelit dapat digunakan dalam dua cara yaitu dengan hukum gravitasi dan gaya sentrifugal. Berdasar hukum kedua Newton kita dapat menghitung kecepatan satelit yaitu dengan memanfaatkan nilai massa Bumi (M) dan jari-jari bumi (R). Rumus dan caranya yaitu sebagai berikut :

f. Gaya Magnet

Gaya Magnet adalah gaya pada magnet yang mampu menarik benda – benda tertentu. Benda yang mampu ditarik oleh magnet disebut benda magnetis, umumnya terbuat dari besi atau baja, ataupun logam lainnya. Semakin dekat magnet dengan benda magnetis, maka gaya tarik magnet tersebut semakin besar. Gaya magnet dapat menarik benda meskipun tanpa menyentuhnya, oleh karena itu Gaya magnet termasuk ke dalam kelompok Gaya Tak Sentuh. Contohnya adalah paku apabila didekatkan ke sebuah magnet, maka ia akan tertarik ke arah magnet tersebut, maka paku merupakan benda magnetis.

g. Gaya Listrik

Gaya Listrik adalah gaya yang dihasilkan oleh benda – benda bermuatan listrik dalam medan listrik. Contohnya adalah kipas angin bekerja dengan mengubah energi listrik menjadi energi gerak. 

(sumber: http://softilmu.blogspot.co.id/2015/08/Pengertian-Sifat-Rumus-Satuan-Macam-Jenis-Gaya-Adalah.html)

CONTOH LATIHAN SOAL DALAM APLIKASI GAYA

Contoh soal gaya normal

1.Sebuah mobil mempunyai massa 3.000 kg. Dari keadaan diam mulai bergerak setelah 12 sekon kecepatan mobil mencapai 6 m/s. Hitunglah gaya yang bekerja pada mobil !

Penyelesaian:

Diketahui    :    m  = 3 000 kg
                        vo = 0 m/s
                        vt = 6  m/s

                        t   = 12 s
Ditanyakan :     F  = …… ?
Jawab         :      Mencari percepatan (a)
            ∆v
a =  ---------            
            Δt
       (6 – 0) m/s
a = ---------------            
       (12 – 0) s
a = 0,5 m/s2
Mencari gaya (F)
F = m . a
F = 3 000 kg . 0,5 m/s2
F = 1 500 N
Jadi gaya yang bekerja pada mobil adalah 1 500 N

(sumber: http://noivafelizal.blogspot.co.id/2014/06/rumus-gaya-percepatan-fisika.html)

2.Sebuah kelapa bermassa 2 kg berada pada ketinggian 10 meter dari permukaan bumi. Jika diketahui gravitasi bumi ditempat itu adalah 10 m/s², berapakah energi potensial yang dimiliki kelapa pada ketinggian itu?

Jawab:

• E_P = m x g x h
• E_P = 2 x 10 x 10
• E_P = 200 Joule

(sumber : https://datasoal.com/contoh-soal-energi-potensial/)

3. Seutas tali nilon berdiameter 1 cm dan panjang awal 2 meter mengalami tarikan 200 Newton. Hitung pertambahan panjang senar tersebut! E nilon = 5 x 10⁹ N/m²
Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Pertambahan panjang
Jawab :
Rumus Modulus Young :






Pertambahan panjang nilon :

Pertambahan panjang tali nilon = 0,26 milimeter
(Sumber: https://gurumuda.net/contoh-soal-tegangan-regangan-modulus-elastisitas-young.htm)
4.Suatu pegas mempunyai konstanta 100 N/m. Ujung atas pegas dikaitkan pada penyanggah dan ujung bawah pegas digantungi beban bermassa 4 kg. Jika pegas digetarkan harmonik sederhana maka periode dan frekuensi getaran pegas adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Konstanta pegas (k) = 100 N/m
Massa beban (m) = 4 kg
Ditanya : Periode (T) dan frekuensi (f) pegas
Jawab :
Rumus periode gerak harmonik sederhana :

Keterangan :
T = periode getaran pegas, m = massa beban, k = konstanta pegas
Periode getaran pegas :

Frekuensi getaran pegas :
f = 1/T = 1/1,256 = 0,8 Hertz
(sumber: https://gurumuda.net/contoh-soal-periode-t-dan-frekuensi-f-getaran-harmonik-sederhana.htm)