Modul Konsep Gaya

Selamat Datang dan Selamat Belajar di Wardaya College! Kamu dapat download modul & kumpulan soal dalam bentuk pdf pada link dibawah ini:

• Modul Konsep Gaya

Definisi

Apa yang dimaksud dengan gaya? Konsep gaya dapat didefinisikan sebagai tarikan atau dorongan dan sangat berkaitan dengan aktivitas yang dapat mengubah kecepatan suatu objek, namun tidak semua gaya mengakibatkan benda bergerak.

Secara lebih lengkap konsep gaya adalah interaksi apapun yang dapat menyebabkan sebuah benda bermassa mengalami perubahan gerak, baik dalam bentuk arah, maupun bentuk benda. Dengan kata lain, sebuah gaya dapat menyebabkan sebuah objek dengan massa tertentu untuk mengubah kecepatannya, atau mengalami percepatan, atau mengalami deformasi.

Gaya dilambangkan dengan simbol simbol F$F$ (force). memiliki besaran (magnitude) dan arah, sehingga merupakan besaran vektor. Satuan SI yang digunakan untuk mengukurnya adalah Newton (dilambangkan dengan N).

1. Jenis-jenis Gaya

Secara garis besar, jenis jenis gaya dikelompokkan menjadi dua, yaitu sentuh dan tak sentuh (medan). Jika sebuah mobil mogok didorong kemudian mobil bergerak, saat bola ditendang, saat troli ditarik dan saat pegas ditarik sehingga meregang adalah beberapa contoh saat gaya sentuh dikerjakan pada suatu objek. Jadi gaya sentuh adalah konsep gaya yang harus terjadi kontak saat dikerjakan pada suatu objek,

Gaya tak sentuh tidak melibatkan kontak antar objek dan dapat bekerja melalui ruang hampa. Contoh gaya tak sentuh adalah gaya antar objek bermuatan atau gaya Coulomb, gaya tarik menarik antar benda bermassa atau gaya Gravitasi dan magnet.

Gaya Coulomb antara elektron dengan proton telah menjaga elektron tetap pada lintasan mengelilingi intim atom. Gravitasi menyebabkan Bumi dan planet-planet tetap mengelilingi Matahari. Pada magnet menyebabkan beberapa logam tertarik ke magnet dan juga membantu menentukan arah dengan kompas.

Berikut beberapa materi gaya dalam Fisika yang harus dipahami sebelum masuk ke hukum Newton.

(a) Gaya Berat

Gaya berat adalah konsep gaya gravitasi yang bekerja pada benda bermassa yang dalam rumus dilambangkan w$w$, singkatan dari weight. Besar rumus mencari gaya berat dari benda yang bermassa m$m$ dituliskan sebagai:

w=mg$$w=mg$$

dengan g$g$ adalah percepatan gravitasi.

(b) Gaya Normal

Gaya normal adalah konsep gaya yang bekerja pada dua benda yang saling bersentuhan. Serta disimbolkan dengan N.$N.$ Arah gaya normal tegak lurus dengan bidang sentuh.

(c) Gaya Gesek

Gaya gesek adalah konsep gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas. Gaya gesek antara dua buah benda padat misalnya adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat dan cairan serta gas adalah gaya Stokes.

Gaya gesek statis adalah gaya gesek antara dua benda yang tidak saling bergerak. Besar gaya gesek antara dua permukaan yang bersentuhan adalah berkisar dari 0 dan memiliki nilai maksimum sebesar:

fs=μsN$$f_s={\mu }_{s}N$$

dengan μs${\mu }_s$ adalah koefisien gesek statis. Setiap ada gaya luar (Feks$F_{eks}$) yang lebih kecil dari besar gaya gesek statis maksimum akan dilawan dengan gaya yang besarnya sama namun berlawanan arah. Jika ada gaya yang lebih besar dari gaya gesek statis maksimum maka sifat gaya tersebut dapat menyebabkan benda bergerak.

Gaya gesek kinetis (fk$f_k$) adalah gaya gesek antara dua benda yang bersentuhan yang saling bergerak. Besar gaya gesek kinetis biasanya lebih kecil dari gaya gesek statis.

fs=μsN$$f_s={\mu }_{s}N$$

(d) Gaya Sentripetal

Gaya sentripetal adalah rumus gaya yang bekerja pada objek yang bergerak melingkar. Besar gaya sentripetal sebanding dengan kuadrat kecepatan objek (v$v$) dan berbanding terbalik dengan jari-jari lintasan (r$r$).

fsp=mv2r$$f_{sp}=\frac{m{v}^2}{r}$$

Sifat gaya sentripetal selalu mengarah ke pusat lingkaran.

2. Menggambar Vektor Gaya

Konsep gaya sebagai besaran vektor dapat digambarkan dengan anak panah. Arah anak panah menunjukkan arah gaya dan panjang anak panah merepresentasikan besar gaya. Panjang anak panah harus proporsional dengan besar gaya. Jika gaya sebesar 4$4$ N digambarkan dengan garis sepanjang 1 cm, maka gaya sebesar 8 N harus digambarkan dengan garis sepanjang 2 cm. Berikut contoh menggambar vektor gaya secara proporsional.

3. Penjumlahan Gaya

Karena gaya adalah besaran vektor maka penjumlahannya harus mengikuti aturan penjumlahan vektor. Ada dua metode menjumlahkan vektor yaitu metode grafis dan metode analisis grafik.

(a) Metode Grafis

Metode grafis adalah dengan cara mengambarkan vektor-vektor yang dijumlahkan secara proporsional dan presisi kemudian mengukur hasil resultannya. Berikut contoh penjumlahan gaya dengan metode grafis.

Untuk menghitung hasil penjumlahannya dapat menggunakan aturan cosinus.

F2R=F21+F22+2F1F2cosα$$F_R^2=F_1^2+F_2^2+2F_1{F}_{2}cos\alpha$$

dengan α$\alpha$ adalah sudut yang diapit oleh kedua vektor gaya. Pada kondisi-kondisi khusus seperti α=0∘$\alpha =0^{\circ }$ dan α=90∘$\alpha ={90}^{\circ }$ persamaan (1) dapat menjadi persamaan (2) dan (3).

Untuk α=0$\alpha =0$,

F2RF2RFR===F21+F22+2F1F2cos0(F1+F2)2F1+F2$$\begin{array}{rcl}{F}_R^2& =& F_1^2+F_2^2+2F_1{F}_2\text{cos}0\\ F_R^2& =& (F_1+F_2{)}^2\\ F_R& =& F_1+F_2\end{array}$$

Untuk α=90$\alpha =90$,

F2R=F21+F22$$\begin{array}{rcl}{F}_R^2& =& F_1^2+F_2^2\end{array}$$

(b) Metode Analisis Grafik

Pada metode analisis grafik macam macam gaya dalam fisika yang akan dijumlahkan diuraikan ke sumbu x$x$ dan sumbu y.$y.$ Kemudian semua komponen di sumbu x$x$ dijumlahkan sehingga diperoleh resultan gaya di sumbu x.$x.$

Cara yang sama digunakan dalam menentukan resultan gaya di sumbu y.$y.$ Sehinggaresultan akhir adalah penjumlahan antara reultan gaya di sumbu x$x$ dan di sumbu y,$y,$ untuk lebih jelasnya bisa dilihat di gambar berikut.

Berdasarkan gambar tersebut maka diperoleh:

Karena Rx$R_x$ dan Ry$R_y$ membentuk sudut 90∘${90}^{\circ }$ maka dengan mudah resultan gaya R$R$ dapat ditentukan.

R=R2x+R2y−−−−−−−√$$\begin{array}{rcl}R& =& \sqrt{R_x^2+R_y^2}\end{array}$$

Contoh Soal & Pembahasan

Tiga gaya dengan besar masing-masing 2N, 3N dan 5N memiliki arah seperti pada gambar berikut.

1. Gambarkan hasil dari F1+F2−F3$F_1+F_2-F_3$!

Penyelesaian:

2. Melalui metode analisis grafik, tentukan besar dari F1+F2−F3$F_1+F_2-F_3$!

Penyelesaian:
Untuk dapat diselesaikan dengan metode analisis grafik, maka terlebih dahulu harus menguraikan semua gaya ke sumbu x$x$ dan sumbu y.$y.$

Berdasarkan gambar tersebut maka diperoleh:

Sehingga besar R=0,52+(323–√)2−−−−−−−−−−−−√=7–√ N.
Sumber: https://www.wardayacollege.com/fisika/dinamika/gaya-gerak/konsep-gaya/