gaya hukum Newton torsi sistem keseimbangan gaya gesek
Gaya, Hukum Newton, Torsi, Sistem Kesetimbangan, Gaya Gesek
A. Pengertian Gaya di Dalam Ilmu Fisika
Secara sederhana, pengertian gaya adalah gerakan atau suatu hal yang bisa menyebabkan sebuah benda bergerak dan berhenti dari gerakannya. Konsep gaya di dalam ilmu fisika sudah ada sejak dulu serta sering digunakan pada materi yang membahas tentang Hukum Newton. Menurut pendapat lainnya, gaya merupakan dorongan atau tarikan pada sebuah benda yang mengakibatkan perubahan gerak, posisi, hingga perubahan bentuk benda tersebut. Gaya juga bisa diartikan sebagai besaran yang mempunyai besar (ukuran) dan arah tertentu.
Meskipun gaya bisa mempengaruhi kecepatan suatu benda, tetapi tidak semua gaya bisa mengakibatkan objek bergerak. Rumus gaya umumnya disimbolkan dengan “F”.
Karena memiliki nilai dan arah, gaya juga termasuk ke dalam kelompok besaran vektor. Vektor adalah besaran yang memiliki besar serta arah. Beberapa besaran fisika yang termasuk besaran vektor di antaranya yaitu kecepatan, percepatan, gaya, dan momentum.
Berdasarkan semua penjelasan di atas, dapat disimpulkan definisi sederhana dari gaya adalah suatu dorongan atau tarikan yang akan menggerakan benda bebas (tidak terikat). Sebagai besaran vektor, gaya mempunyai besaran dan arah tertentu yang di dalamnya terdapat sebuah nilai.
Selain itu, gaya bisa diartikan sebagai suatu interaksi yang bila bekerja sendiri, maka akan menyebabkan perubahan keadaan dan gerak suatu benda.
• Jenis Gaya
Gaya Berat
Gaya berat adalah suatu gaya yang dipengaruhi oleh percepatan gravitasi dan memiliki arah tegak lurus dengan pusat bumi. Definisi sederhananya adalah gaya berat merupakan gaya tarik bumi yang bekerja pada sebuah benda. Di dalam kehidupan sehari-hari gaya berat dapat dijumpai dengan mudah. Seperti misalnya pada buah mangga yang jatuh ke atas permukaan tanah. Gaya di buah mangga ini dipengaruhi oleh gaya tarik bumi.
Gaya Normal
Jenis gaya selanjutnya yaitu gaya normal. Di dalam ilmu fisika, gaya normal adalah suatu konsep gaya yang bekerja pada dua benda yang saling bersentuhan. Singkatnya, gaya normal adalah interaksi gaya sentuh yang bekerja dengan arah tegak lurus pada bidang sentuh tertentu.
Gaya Gesek
Berikutnya adalah gaya gesek. Konsep gaya gesek dipengaruhi oleh dua permukaan benda yang saling bergesekan atau bertemu. Artinya gaya gesek merupakan bentuk gaya yang saling berlawanan dengan suatu gerak benda. Gaya gesek bisa dibagi menjadi dua. Berikut penjelasannya: Gaya gesekan kinetis: merupakan gaya gesek yang terjadi saat suatu benda bergerak. Contohnya bisa dilihat saat sebuah roda mobil dan motor sedang melaju di jalan raya. Gaya gesekan statis: adalah gaya gesek yang terjadi saat suatu benda tidak bergerak atau dalam kondisi diam.
Gaya Sentripetal
Gaya sentripetal merukapan konsep gaya yang bekerja pada objek atau benda yang bergerak melingkar. Oleh karenanya, di dalam rumus gaya ini akan melibatkan jari-jari lintasan objek tersebut.
Gaya Kontak
Gaya kontak merupakan gaya yang terjadi pada benda yang bersentuhan. Jenis gaya yang termasuk di dalamnya adalah gaya gesek, gaya pegas, dan sebagainya.
Gaya Tegangan Tali
Secara sederhana, gaya tegangan tali merupakan gaya yang bisa kita jumpai pada saat ujung-ujung tali yang terentang. Gaya tegang pada ujung tali tersebut sama besar. Contohnya misalnya pada perolmbaan tarik tambang dan tali untuk jemuran baju.
Gaya Magnet
Menurut para ahli, gaya magnet adalah suatu gaya yang mampu menarik benda tertentu. Objeknya harus bersifat megnetis seperti besi, baja, dan jenis logam lainnya.
Macam-macam Rumus Gaya
Dihimpun dari sejumlah sumber, berikut rincian tentang macam-macam rumus gaya:
Rumus Gaya Berat:
w = m.g Keterangan: w = gaya berat (N). m = masa benda (kg). g = gravitasi bumi (m/s2).
Rumus Gaya Normal
N = N Keterangan: N = gaya normal.
Rumus Gaya Gesek:
Fg = u.n Keterangan: Fg = gaya gesek (N). u = koefisien gesekan. N = gaya normal (N).
Rumus Gaya Sentripetal:
fsp = mv2/r Keterangan: Besar gaya sentripetal sebanding dengan kuadrat kecepatan objek (v) dan berbanding terbalik dengan jari-jari lintasan (r).
• Contoh Soal Menghitung Rumus Gaya
Suatu benda memiliki gaya yang bekerja sebesar 8 N dan massa benda 2 kg. Jika dihitung, berapakah percepatan gerak pada benda tersebut?
Jawab:
Diketahui: F = 8 N m = 2 kg Ditanyakan: Percepatan gerak benda (a). Penyelesaian: a = F/m = 8/2 = 4 m/s2. Dari uraian di atas, maka nilai percepatan gerak benda tersebut adalah 4 m/s2.
B. Hukum Newton
Berbicara soal gaya di dalam fisika, maka kurang lengkap rasanya jika tidak membahas Hukum Newton. Hukum Newton adalah tiga hukum yang menjadi dasar mekanika klasik. Hukum fisika ini berkaitan dengan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda serta gerak yang disebabkannya.
Hukum Newton I
Bunyi Hukum Newton I: “Saat resultan gaya yang bekerja pada benda yang komposisinya sama dengan nol, maka benda yang awalnya diam akan tetap terus diam. Kemudian benda yang awalnya bergerak lurus beraturan maka akan tetap bergerak lurus beraturan dengan kecepatan yang tetap”.
Rumus: ∑F = 0 atau Resultan Gaya (kg m/s2).
Hukum Newton II
Bunyi Hukum Newton II: “Percepatan yang terjadi karena perubahan dari kecepatan pada suatu benda akan sebanding dengan resultan gaya atau jumlah gaya yang bekerja pada benda tersebut dan akan berbanding terbalik dengan massa benda”. Rumus: F = m.a. Keterangan:
F = gaya. m = massa benda (kg). a = percepatan (m/s2).
Hukum Newton III
Bunyi Hukum Newton III: “Tiap aksi akan menimbulkan reaksi, jadi apabila suatu benda memberikan gaya pada benda lain maka benda yang mendapat gaya akan memberikan gaya kembali yang besarnya sama dengan gaya yang diterima dari benda pertama, namun arahnya akan berlawanan“.
Rumus: F aksi = F reaksi.
Source : https://katadata.co.id/lifestyle/edukasi/61c95f13cd6aa/macam-macam-rumus-gaya-dan-penjelasannya
C. Torsi
Pengertian Torsi
Torsi adalah ukuran gaya yang menyebabkan benda berputar terhadap sumbu tertentu. Dalam fisika, torsi sering dikaitkan dengan momen gaya, yang menentukan seberapa besar suatu gaya dapat menyebabkan rotasi pada benda. Torsi berhubungan erat dengan konsep rotasi dan digunakan dalam analisis berbagai sistem mekanik, seperti roda, engsel, atau tuas.
Torsi terjadi ketika gaya bekerja pada jarak tertentu dari sumbu rotasi, sehingga menghasilkan gerakan melingkar.
________________________________________
Rumus Torsi
Secara matematis, torsi (τ\tau) dinyatakan dengan:
τ=F⋅r⋅sinθ
Penjelasan:
• τ\tau: Torsi (dalam satuan Newton meter, Nm).
• FF: Besar gaya yang bekerja (Newton, N).
• rr: Jarak tegak lurus antara sumbu rotasi dan titik aplikasi gaya (meter, m).
• θ\theta: Sudut antara arah gaya dan garis yang menghubungkan sumbu rotasi dengan titik aplikasi gaya (derajat atau radian).
• sinθ\sin \theta: Komponen trigonometri untuk menghitung gaya yang efektif menyebabkan rotasi.
________________________________________
Kondisi Khusus:
1. Jika θ=90∘\theta = 90^\circ, maka sin90∘=1\sin 90^\circ = 1, sehingga τ=F⋅r\tau = F \cdot r.
Source : chatGPT
D. Sistem Kesetimbangan
Sistem Kesetimbangan dalam Fisika
Kesetimbangan dalam fisika adalah keadaan di mana suatu benda atau sistem berada dalam kondisi stabil, tanpa adanya perubahan gerak translasi atau rotasi. Dalam konteks mekanika, kesetimbangan terjadi jika gaya-gaya dan momen gaya (torsi) yang bekerja pada suatu benda saling meniadakan.
Jenis Kesetimbangan
1. Kesetimbangan Statis
Benda berada dalam keadaan diam, dan semua gaya serta momen gaya yang bekerja pada benda seimbang.
Contoh: Buku diam di atas meja, tiang listrik yang tegak lurus.
2. Kesetimbangan Dinamis
Benda bergerak dengan kecepatan konstan dalam garis lurus atau rotasi dengan kecepatan sudut konstan.
Contoh: Mobil melaju dengan kecepatan tetap di jalan lurus.
Syarat Kesetimbangan
1. Kesetimbangan Translasi
Jumlah semua gaya yang bekerja pada benda harus nol:
ΣF=0\Sigma F = 0
• Komponen gaya pada sumbu xx dan yy juga harus nol:
ΣFx=0danΣFy=0
2. Kesetimbangan Rotasi
Jumlah semua momen gaya (torsi) terhadap sumbu rotasi harus nol:
Στ=0
________________________________________
Contoh Penerapan Sistem Kesetimbangan
1. Jembatan Gantung
Kabel dan tiang penyangga menyeimbangkan gaya tarik dan berat jembatan.
2. Tuas dan Timbangan
Kesetimbangan pada tuas tercapai jika:
F1⋅r1=F2⋅r2F
di mana FF adalah gaya dan rr adalah lengan momen.
3. Bangunan Gedung
Struktur gedung didesain agar gaya berat dan gaya gesekan seimbang untuk menghindari keruntuhan.
________________________________________
Kesetimbangan merupakan konsep penting dalam desain struktur, analisis mesin, dan fenomena alam. Prinsip ini memastikan stabilitas dan efisiensi dalam berbagai sistem fisik.
Source : ChatGPT
E. Gaya Gesek
Pengertian gaya gesek adalah gaya yang arahnya menentang arah gerak benda pada suatu permukaan yang saling bersentuhan.
Besarnya gaya gesek ditentukan oleh kondisi permukaan benda yang saling bersentuhan. Permukaan benda ada yang licin dan ada pula yang kasar.
Semakin kasar permukaan suatu benda maka semakin besar gaya gesek yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan partikel-partikel kasar akan menjadi penghambat yang mampu meningkatkan gaya gesekan. Oleh karena itu, gaya gesek sifatnya menghambat gerak benda.
Gaya gesek dapat bersifat merugikan ataupun menguntungkan. Gesekan antara dinding silinder dengan piston (torak) dapat menimbulkan keausan sehingga gaya geseknya bersifat merugikan. Sedangkan gaya gesek pada saat rem sepeda dan ban motor yang melambat dirancang secara ideal untuk memperlambat laju motor sehingga bersifat menguntungkan.
Jenis dan Rumus Gaya Gesek
1. Gaya Gesek Statis
Gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang awalnya diam hingga tepat akan bergerak. Selama gaya pendorong/penarik benda kurang dari gaya gesek statisnya, maka benda akan tetap diam dan tidak bergerak.
Hal ini terjadi ketika gaya gesek statis maksimum sebanding dengan gaya normal yang bekerja pada suatu permukaan. Gesekan antara benda dan permukaan belum mampu menggerakkan benda. Perbandingan antara gaya gesek maksimum dengan gaya normalnya disebut sebagai koefisien gesek statis.
Rumus gaya gesek statis
fs = μs x N
keterangan:
fs: besar gaya gesek statis (N)
μs: koefisien gesek statis (N)
N: gaya normal (N)
2. Rumus Gaya Gesek Kinetik
Gaya gesek kinetik adalah gaya gesek yang bekerja pada sebuah benda yang sedang bergerak, dan arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak benda.
Gerak pada kondisi ini terjadi ketika gaya dorong/ tarik yang dikenakan pada suatu benda ditambah dan melampaui koefisien gesek statis dan gaya normalnya. Sehingga nilai koefisien statis lebih dari koefisien kinetik.
Pada saat benda bergerak dan mengalami gaya gesekan, benda tersebut sempat mengalami percepatan. Dengan demikian, koefisien gesek kinetik dapat diketahui dengan mengukur percepatan yang dialami oleh kedua benda.
Rumus gaya gesek kinetik
fk = μk x N
keterangan:
fk : besar gaya gesek kinetis (N)
μk : koefisien gesek kinetis (N)
N : gaya normal (N)
Contoh Gaya Gesek
Gaya gesek dapat ditemukan di kehidupan sehari-hari, berikut contohnya:
1. Kaki kita tidak selip ketika berjalan menggunakan sepatu
2. Gesekan antara bagian mesin mobil dan kopling akan menimbulkan panas hasil dari gaya gesek
3. Gaya gesek antara angin dan permukaan mobil atau motor yang melaju akan menghambat gerak kendaraan tersebut
4. Rem pada motor menimbulkan gaya gesek pada ban dan permukaan jalanan
5. Menggerakkan sikat gigi ke kanan, kiri, atas, dan bawah pada permukaan gigi
6. Mendorong kereta dorong belanja menimbulkan gesekan yang menggerakkan roda keranjang di atas permukaan lantai
Source : https://www.detik.com/edu/detikpedia/d-7013953/apa-itu-gaya-gesek-pengertian-jenis-rumus-dan-contoh