Sains Multimedia: mekanika smp

Seorang anak mendorong lemari yang sangat berat. Sekuat apapun dorongan anak itu, ternyata lemari tidak bergeser. Apakah anak tersebut dikatakan telah berusaha atau melakukan usaha?
Dalam kehidupan sehari-hari anak tersebut dikatakan telah melakukan usaha, artinya anak tersebut telah melakukan suatu tugas atau pekerjaan.

Pengertian usaha berbeda dalam kehidupan sehari-hari berbeda dengan pengertian usaha dalam fisika.
Dalam Fisika, usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan perpindahan. Jadi, misalkan ada seseorang yang mendorong meja tapi meja tersebut belum bergeser, dikatakan orang tersebut belum melakukan usaha.

Secara matematis, hubungan antara usaha, gaya, dan perpindahan dapat dirumuskan

W = F s

W = usaha (Joule atau kg m²/s²)
F = gaya (Newton)
s = perpindahan (m)

Yang perlu diperhatikan di sini adalah perpindahan benda haruslah searah dengan gaya yang diberikan pada benda.

Seorang anak membawa kotak mainan

Contoh seorang anak kecil yang membawa kotak mainannya seperti pada gambar dikatakan tidak melakukan usaha. Karena arah gaya otot tangannya tegak lurus dengan arah perpindahannya. Arah otot arahnya ke atas, sedangkan perpindahan bebannya ke depan.
Anak tersebut baru dikatakan melakukan usaha ketika dia menurunkan beban tersebut atau saat mengangkat beban. Pada saat mengangkat atau menurunkan bebannya, arah gaya searah dengan arah perpindahannya (vertikal).

Contoh :
1.Sebuah kotak kayu yang terletak di lantai datar didorong dengan gaya 20 N sehingga kotak bergeser sejauh 5 m.
Berapa usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?

Penyelesaian :
Diketahui :
F = 20 N
s = 5 m
Ditanya :
W = ?
Jawab :
W = F s
W = 20 . 5 = 100 J

2. Andi dan Budi mendorong sebuah meja. Andi mendororong ke kanan dengan gaya 400 N dan Budi mendorong ke kiri dengan
gaya 300 N sehingga meja bergeser ke kanan sejauh 2 m. Berapa usaha yang dilakukan?

Penyelesaian :
Diketahui :
F_A = 400 N ke kanan
F_B = 300 N ke kiri
s = 2 m
Ditanya : W = ?
Jawab :
W = (F_A - F_B) . s
= (400 - 300). 2
= 100 . 2 = 200 J

Referensi

Purwanto, Budi. 2007. Sains Fisika 2 Konsep dan Penerapannya untuk Kelas VIII SMP dan Mts. Solo : Tiga Serangkai
Kanginan, Marthen. Sains Fisika 1 B untuk Siswa Kelas VII. Jakarta : Erlangga
http://farm4.static.flickr.com/3018/2614545256_0d98505b8c_m.jpg

Arsyad Riyadi Juli 27, 2011 New Google SEO Bandung, Indonesia

Usaha

Hukum III Newton

Dari Hukum I Newton, kita mengetahui bahwa jika resultan gaya sama dengan nol maka suatu benda diam atau bergerak lurus dengan kecepatan tetap (percepatan = 0). Bagaimana jika resultan gayanya tidak sama dengan nol? Bagaimana hubungan antara percepatan dan resultan gaya?

Hukum II Newton dapat dituliskan sebagai berikut.

“ Besarnya percepatan yang dialami benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya.”

Secara matematis dituliskan :

a = percepatan (m/s2)

∑F = gaya total (N)

m = massa benda (kg)

Marilah kita uji dengan melakukan percobaan.

Pada percobaan pertama, massanya dibuat bervariasi dan gaya yang menarik beban (berat) dibuat tetap.

Dari percobaan di atas diperoleh bahwa jika massa benda diperbesar maka percepatannya berkurang. Dengan kata lain dapat disimpulkan percepatan benda berbanding terbalik dengan massa benda.

Pada percobaan berikut, dibuat gaya yang bekerja pada benda (beban) berubah, sedangkan massanya di buat tetap.

Dari percobaan tersebut diperoleh bahwa jika gaya diperbesar maka percepatannya berkurang. Dengan kata lain dapat disimpulkan percepatan benda berbanding terbalik dengan massa benda.

Dari rumus hukum II Newton yaitu ∑F = m a kita dapat menyimpulkan bahwa gaya sebesar 1 Newton dapat menyebabkan percepatan sebesar 1 m/s² pada sebuah benda yang bermassa 1 kg. Gaya sebesar 2 N dapat menyebabkan percepatan sebesar 1 m/s² pada benda bermassa 2 kg atau percepatan sebesar 2 m/s² pada benda bermassa 1 kg dan seterusnya.

Contoh Soal

1. Suatu benda yang massanya 2 kilogram dipercepat pada 2,5 m/s2. Berapa resultan gaya yang bekerja pada benda?

Penyelesaian

Diketahui :

m = 2 kg

a = 2,5 m/s²

Ditanya : F =?

Jawab

F = m a = 2. 2,5 = 5 N

2. Sebuah mobil balap mampu menghasilkan gaya sebesar 8000 N. Berapa percepatan mobil balap itu jika massa mobil 1500 kg dan total gesekan antara permukaan jalan dan gesekan angin 5000 N?

Penyelesaian
Pada mobil bekerja dua buah gaya yang saling berlawanan yaitu gaya mesin F dan gaya gesekan f.

Sehingga nilai resultan gayanya F = F - f = 8000 - 500 = 7500 N.

Dengan massa mobil sebesar 1500 kg, diperoleh percepatan

Untuk memperdalam hubungan antara percepatan, gaya dan massa kerjakan kuis berikut (klik di sini)

Bagaimana? Apakah sudah memahami materi ini dengan baik. Uji pemahaman Anda dengan mengerjakan kuis (klik di sini).

Arsyad Riyadi Juli 25, 2011 New Google SEO Bandung, Indonesia

Hukum II Newton

Balapan Mobil

Berdasarkan hukum I Newton, setiap benda akan selalu mempertahankan kedudukannya. Inilah sebabnya sulit mengendalikan mobil yang melaju dengan kencang (mencegah tabrakan). Seperti kencangnya mobil-mobil balap di samping .

Bunyi hukum I Newton

“Suatu benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan tetap jika tidak ada gaya luar yang bekerja padanya “

Tidak ada gaya luar yang bekerja, berarti resultan gaya sama dengan nol. Atau secara matematis dituliskan sebagai

Hukum I Newton ===> ∑F = 0 untuk benda diam atau benda bergerak lurus beraturan

Hukum I Newton juga menggambarkan bahwa suatu benda akan cenderung mempertahankan keadaan diam atau keadaan bergeraknya. Perhatikan animasi berikut!

Perhatikan animasi yang pertama

Sebuah gelas yang diletakkan di atas meja. Dan di bawah gelas ditaruh selembar kertas. Kertas ditarik dengan lebih lambat, gelas berpindah dari posisinya. Hal ini disebabkan gaya yang diberikan cukup lama, sehingga gelas tersebut tidak dapat mempertahankan keadaan diamnya.

Perhatikan animasi kedua

Saat kertas ditarik dengan cepat, gelas tersebut tetap berada pada posisinya. Hal ini disebabkan gaya yang diberikan dalam waktu singkat (tidak ada gaya yang bekerja padanya). Sehingga gelas tidak bergerak sedikitpun.

Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diamnya disebut dengan inersia/kelembaman.

Sehingga Hukum I Newton disebut juga hukum inersia atau hukum kelembaman.

Besarnya inersia/kelembaman benda ditunjukkan dengan massa (ukuran inersia suatu benda).

Peristiwa sehari-hari yang berkaitan dengan hukum I Newton

Ketika kita berdiri dalam bus yang sedang melaju kencang, tiba-tiba bus direm, para penumpang akan terdorong ke depan. Demikian juga saat tiba-tiba bus dipercepat (di gas), para penumpang terlempar ke belakang.

Bagaimana? Apakah sudah memahami materi ini dengan baik. Uji pemahaman Anda dengan mengerjakan kuis (klik di sini).

Referensi :

Foster, Bob. 1997. Terpadu Fisika SMA 1A. Jakarta : Erlangga

Kanginan, Marthen. 2002. Fisika untuk SMA kelas X. Jakarta : Erlangga

Sumber gambar :

http://matanews.com/wp-content/uploads/BalapanMobil111009-590x377.jpg Arsyad Riyadi Juli 25, 2011 New Google SEO Bandung, Indonesia

Hukum I Newton

Pendapat Aristoteles

Aristoteles, ilmuwan Yunani, menyatakan pendapatnya bahwa :

Benda yang yang lebih lebih berat akan jatuh lebih cepat daripada benda yang ringan.
Benda akan terus bergerak sepanjang ada gaya yang mendorong atau menarik benda tersebut. Benda akan terhenti atau diam jika tidak ada gaya yang bekerja.

Perhatikan animasi berikut

Setelah melihat animasi di atas apakah Anda berpendapat sama seperti Aristoteles? Yaitu benda yang lebih berat akan sampai ke tanah terlebih dahulu dari pada benda yang lebih ringan.

Mainkan juga animasi berikut

Apakah Anda juga berpendapat yang sama bahwa untuk mempertahankan gerak benda tersebut diperlukan gaya dari luar? Bola tersebut akan terus bergerak jika ada gaya dari luar (misalnya ditendang kembali).

Percobaan Galileo

Galileo kemudian melakukan percobaan untuk menguji anggapan tersebut.

Galileo konon melakukan percobaannya dari menara Pisa. Dengan menjatuhkan dua benda, yang satu besar dan satunya kecil ternyata keduanya sampai ke dasar lantai dalam waktu yang sama.

Perhatikan animasi berikut.

Dengan demikian tumbanglah pendapat Archimedes yang pertama, bahwa benda yang lebih berat akan jatuh lebih dahulu daripada benda yang lebih ringan. Mengapa kejadian sehari-hari tidak demikian? Faktor gesekan udaralah yang menyebabkan daun sampai ke tanah lebih lambat.

Perhatikan juga percobaan berikut.

Galileo menggunakan bola yang digelindingkan pada lintasan yang melengkung, dengan kedua kelengkungan mempunyai ketinggian yang sama.

Percobaan (a)

Bola akan mencapai ketinggian yang relatif sama.

Percobaan (b)

Sudut kelengkungan dikurangi. Di sini bola juga mencapai ketinggian yang relatif sama tetapi membutuhkan lintasan yang lebih jauh. Semakin dikurangi kelengkungannya jarak yang dicapai bola lebih jauh lagi.

Percobaan (c)

Dengan kelengkungan nol (lintasan lurus) dapat dipastikan lintasan yang ditempuh bola akan sangat jauh (benda tidak akan berhenti). Berhentinya benda semata-mata disebabkan adanya gesekan antara bola dengan dasar lantainya.

Percobaan lebih lanjut

Untuk lebih jelas lagi, kita gunakan percobaan yang lain.

Coba mainkan animasi berikut.

Sebuah kertas dan penghapus yang dijatuhkan secara bersamaan.

Apa yang dapat Anda simpulkan?

Apakah dapat diambil kesimpulan umum , bahwa benda yang lebih berat jatuh terlebih dahulu daripada benda yang ringan?

Mari, kita mainkan animasi berikutnya.

Percobaan tadi diulangi, tapi kertasnya diremas-remas hingga menjadi kecil.

Bagaimana hasilnya?

Ternyata antara kertas dan penghapus jatuh dalam waktu yang bersamaan.

Pada percobaan sebelumnya penghapus lebih dulu jatuh sampai tanah bukan karena lebih berat. Tetapi gesekan udara pada kertas besar. Terbukti setelah kertas di remas-remas membentuk bola, kertas bisa jatuh ke tanah dengan waktu yang bersamaan.

Bagaimana dengan penjelasan di atas. Jika masih bingung baca kembali dan amati tiap animasi secara teliti. Miskonsepsi/kesalahan konsep adalah hal yang biasa. Seperti anak kecil yang belum memahami bahwa bumilah yang mengitari matahari.
Bagaimana? Apakah sudah memahami materi ini dengan baik. Uji pemahaman Anda dengan mengerjakan kuis (klik untuk mengerjakan kuis).

Referensi 1. Foster, Bob.1997. Terpadu Fisika SMA untuk kelas X. Jakarta : Erlangga 2. Kanginan, Marthen. 2002. Fisika untuk SMA Kelas X. Jakarta : Erlangga

Arsyad Riyadi Juli 25, 2011 New Google SEO Bandung, Indonesia

Usaha

Hukum III Newton

Hukum II Newton

Hukum I Newton

Miskonsepsi Tentang Gerak

Channel Youtube

Postingan Acak

Arsip Blog

Kategori

Total Tayangan Halaman

Pengikut

Ujian Sekolah/Nasional

Paling Banyak Dibaca

Ringkasan Materi

Komentar

Ujian Praktik IPA Fisika

Fisika SMA

Relativitas Khusus

Asesmen Kompetensi Minimum

Daftar Blog Saya