1 STANDAR KOMPETENSI Menerapkan Konsep dan Prinsip Dasar

1

STANDAR KOMPETENSI Menerapkan Konsep dan Prinsip Dasar Kinematika dan Dinamika Benda Titik Fisika KOMPETENSI DASAR Menerapkan Hukum Newton sebagai Prinsip Dasar Dinamika untuk Gerak Lurus, Gerak Vertikal dan Gerak Melingkar Beraturan 2

DINAMIKA : Bagaimana gaya – gaya dapat menyebabkan gerakan Penyebab gerak Gerakan Apakah gerobak yang ditarik selalu bergerak ? ? ? FISIKA 3

DILIHAT BENDANYA F DINAMIKA PARTIKEL Tak ada permasalahan titik tangkap gaya DINAMIKA BENDA TEGAR Letak titik tangkap gaya harus digambar dengan tepat N F F W Translasi N 1 N 2 W FISIKA Translasi + Rotasi 4

Benarkah pernyataan-pernyataan berikut? a. Jika sebuah benda tidak bergerak berarti tidak ada gaya yang bekerja pada benda itu. b. Gerakan sebuah benda selalu dalam arah gaya resultan. c. Pasangan gaya aksi reaksi tidak pernah bekerja pada benda yang sama. d. Massa sebuah benda bergantung pada lokasinya. e. Besar pasangan gaya aksi reaksi akan sama besar hanya jika benda tidak dipercepat. f. Benda yang bergerak akan mempertahankan kondisinya untuk tetap bergerak FISIKA 5

HUKUM PERTAMA NEWTON Hukum Inersia Sebuah benda tetap diam atau tetap bergerak lurus dengan kecepatan konstan, kecuali ada gaya luar yang bekerja padanya 6

CONTOH • Sebuah bola sepak tidak berhenti di udara • Sebuah pensil tidak menggelinding, kecuali digelindingkan 7

HUKUM KEDUA N E W T O N Gaya Penggerak Gerakan APLIKASI : • pilih massa m ( bisa 2 atau 3 benda ) • gambar gaya – gaya pada m terpilih: diagram gaya • lakukan penjumlahan gaya F 8

SOAL 1 Sebuah sedan mendorong sebuah truk yang mogok. Massa truk jauh lebih besar dari massa sedan. Pernyataan mana di bawah ini yang benar ? a. Sedan memberi gaya pada truk, tetapi truk tidak memberi gaya pada sedan. b. Sedan memberi gaya yang lebih besar pada truk, dibandingkan gaya truk pada sedan. c. Gaya yang diberikan sedan pada truk sama besarnya dengan gaya yang diberikan truk pada sedan. d. Truk memberi gaya yang lebih besar pada sedan, dibandingkan gaya sedan pada truk. e. Truk memberi gaya pada sedan, tetapi sedan tidak memberi gaya pada truk. FISIKA 9

Jika kita memukul (atau menarik) sebuah benda / orang, maka benda itu (orang) akan memukul ( atau menarik ) kita balik FISIKA 10

HUKUM KETIGA NEWTON AKSI - REAKSI CIRI – CIRI PASANGAN AKSI – REAKSI • sama besar • berlawanan arah • bekerja pada 2 benda berbeda 11

Apakah gerobak yang ditarik selalu bergerak ? ? ? F DIAM Lurus v konstan BERGERAK DINAMIKA STATIKA a=0 12

Aplikasi : • pilih massa m ( bisa 2 atau 3 benda ) • gambar gaya – gaya pada m terpilih: diagram gaya • lakukan penjumlahan gaya F Gaya – gaya yang mungkin ada : - Gaya luar yang diberikan - Gaya berat W - Gaya tali T - Gaya normal N - Gaya gesek f - Gaya sentripetal 13

GAYA BERAT W • gaya tarik bumi pada benda • menyebabkan benda jatuh ke tanah • ada massa m • arah selalu vertikal ke bawah • w=mg ( g = 10 m/s 2 ) m w w 14

GAYA TEGANG TALI T • Ada tali • Tali tegang ( tidak kendor ) • Bila tali tak bermassa, T di ujung – ujung tali sama besar Slide 13 • Pada katrol tak bermassa, T di kiri kanan katrol sama tali tak membuat katrol berputar Slide 14 FISIKA 15

T 3 T 1 T 3 = T 2+ W t Wt W T 2 W = T 1 Massa tali diabaikan Wt = 0 T 3 = T 2 T di ujung tali tak bermasa sama besar T 1 = T 2 : pasangan aksi - reaksi Mana pasangan W dan T 3 ? back FISIKA 16

Katrol tak bermassa; katrol licin T 1 Katrol tak berputar T 2 ( Tali numpang lewat ) T 1 = T 2 FISIKA 17

BAB 3: 8 W 53 37 w 2 P w 1 w 3 Tiga buah benda dengan berat w 1, w 2, dan w 3 dihubungkan oleh tali melalui dua buah katrol tanpa gesekan seperti pada gambar. Jika w 1 = 300 N dan sistem ini berada dalam keadaan setimbang maka : a. gambarkan diagram gaya yang bekerja pada masing-masing benda dan pada titik simpul P ! b. tentukan berat w 2 dan w 3 ! 18

GAYA NORMAL N - benda bertumpu pada benda lain - reaksi gaya tekan - arahnya selalu tegaklurus permukaan yang ditekan 19

DIAM N N a N=W BERGERAK W W cos a W v N N=W W N = W cos a 20

21

SOAL 2 Seorang kakek yang beratnya 750 N berada di sebuah elevator. Dengan gaya berapa kakek ini menekan lantai elevator bila elevator bergerak ke atas dengan percepatan 2 m/s 2 ? Berapa gaya tekan ini bila elevator turun dengan percepatan yang sama ? Berapa gaya tekan ini bila elevator turun dengan perlambatan 2 m/s 2 ? 22

LATIHAN Anda tahu bahwa massa Anda adalah 75 kg. Akan tetapi ketika Anda berdiri di atas timbangan di dalam lift terlihat bahwa massa Anda sebesar 90 kg. Berapa besar percepatan lift dan ke mana arahnya ? 23

LATIHAN Balok A yang massanya 5 kg berada di atas balok B yang massanya 10 kg. Susunan balok – balok itu berada di atas lantai yang licin. a. Gambarlah semua gaya yang bekerja pada balok A dan semua gaya yang bekerja pada balok B ! b. Hitunglah besarnya gaya – gaya tersebut ! c. Carilah pasangan aksi – reaksi gaya – gaya tersebut ! A B FISIKA 24

Sebuah balok bermassa 28 kg dihubungkan dengan ember kosong bermassa 1 kg oleh tali yang dilewatkan pada katrol yang tidak mempunyai gesekan. Koefisien gesekan statik antara meja dan balok adalah 0, 45 dan koefisien gesekan kinetik antara meja dan balok adalah 0, 32. Sedikit demi sedikit ditambahkan pasir ke ember sehingga sistem mulai bergerak. a. Hitung massa pasir yang ditambahkan ke ember saat balok tepat akan bergerak! b. Hitung percepatan sistem, ketika ember ditambahi pasir 0, 1 kg setelah (a) ! 28 kg FISIKA 25

W BAB 3 : 11 Dua buah balok m 1 dan m 2 dihubungkan melalui sebuah katrol seperti pada gambar. Beda ketinggian m 1 dan m 2 adalah 2 meter. Mula-mula m 2 ditahan diam kemudian dilepas, ternyata posisi m 1 dan m 2 yang sama tinggi (horisontal) dicapai setelah m 2 turun 1 detik. Jika m 1 = 1 kg dan pengaruh katrol diabaikan, hitunglah tegangan tali dan besar m 2 ! T m 2 2 m m 1 26

GAYA GESEK Permukaan Kasar Statik Kinetik diam bergerak - f s ≠ ms N - f k = mk N - berlawanan arah gerak benda - fs = gaya pendorong - tepat akan bergerak : ( fs ) maks = ms N - berlawanan kecenderungan arah gerak FISIKA 27

Menentukan gaya gesek Gaya gesek statis atau kinetic yang bekerja pada benda? Rule of gaya gesek *) Jika F < fs gaya gesek sama denga F *) Jika F = fs gaya gesek sama dengan F=fs *) Jika F > fs gaya gesek yang berlaku fk Rule of gaya gesek fs = gaya gesek statis fk = gaya gesek kinetik Newton 28

FISIKA 29

LATIHAN W Balok A bermassa 10 kg berada di atas lantai akan ditarik oleh gaya F = 80 N dengan menggunakan tali penarik yang arahnya mendatar. Balok B bermassa 10 kg diam di atas lantai dan akan ditarik dengan gaya 80 N menggunakan tali penarik dengan arah 37 o terhadap lantai. Jika koefisien gesek statik dan kinetik adalah 0, 6 dan 0, 2; selidiki balok mana yang lebih cepat geraknya! Jelaskan ! 30

W Bab 3 : 14 Tiga buah benda m 1 = 1 kg, m 2 = 2 kg, dan m 3 = 3 kg berada posisi seperti pada gambar. Hitung percepatan benda, tegangan tali T 1 dan T 2 jika : a. Lantai tempat m 2 dan m 3 berada licin b. Lantai tempat m 2 dan m 3 kasar dengan koefisien gesek kinetik adalah 0, 1. (Abaikan pengaruh katrol dan massa tali) m 3 T 1 m 2 T 2 m 1 31

W Sebuah balok seberat 100 N diletakkan di atas bidang miring dengan sudut kemiringan 30 o dan dihubungkan dengan balok lain seberat w oleh seutas tali yang melalui katrol kecil yang licin. Koefisien gesekan statik adalah 0, 40 dan koefisien gesekan kinetik adalah 0, 30. a. Berapa w agar balok 100 N bergerak ke atas dengan laju tetap ? b. Berapa w agar balok bergerak ke bawah dengan laju tetap ? c. Tentukan batas-batas harga w agar balok tetap diam ! FISIKA 32

Dua buah balok, A dan B, disusun seperti pada gambar dan dihubungkan dengan tali pada balok C. Berat balok A dan B adalah 20 N dan koefisien gesekan kinetik antara masing-masing balok dengan permukaan adalah 0, 5. Balok C turun dengan laju tetap. a. Berapakah tegangan kedua tali penghubung ? b. Berapa berat balok C ? 33

GAYA SENTRIPETAL Agar benda bergerak melingkar, sesuatu harus menyebabkannya bergerak melingkar FISIKA 34

35

Bart mengayunkan bola mengelilingi kepalanya dalam sebuah lingkaran, berarti bola mengalami gaya sentripetal. Gaya apa yang berfungsi sebagai gaya sentripetal itu ? Tegangan tali! 36

KINEMATIKA GERAK MELINGKAR : SELALU ADA HUKUM II NEWTON : GAYA SENTRIPETAL FR = m a R = m PERSOALANNYA : GAYA – GAYA MANA YANG BERKONTRIBUSI ? ? ? 37

W Sebuah mobil 2000 kg melintasi suatu jembatan yang jari-jari kelengkungannya (R)160 m. a. Gambar gaya-gaya pada mobil ketika mobil itu tepat berada di puncak jembatan ! b. Berapa kecepatan mobil di puncak jembatan agar mobil tepat tidak menyentuh jembatan (tidak ada gaya yang diberikan mobil pada jembatan) ? Nyatakan dalam km/jam ! R FISIKA 38

SOAL 4 Sebuah bandul yang terdiri dari batu bermassa 2 kg dan tali sepanjang 2 m diputar vertikal, seperti terlihat pada gambar. Laju beban dijaga konstan sebesar 10 m/s. Tentukan tegangan tali pada saat : batu di titik A, B C dan D D C 30 oo 37 B v A 39

BAB 3 : 22 W Berapa seharusnya koefisien gesekan antara ban dan jalan agar sebuah mobil dapat dengan aman melewati tikungan yang beradius 75 m dengan laju 90 km/jam? 40

SOAL 5 Sebuah bola 150 gram terikat di ujung sebuah tali yang diputar secara beraturan membentuk lingkaran horisontal dengan radius 0, 6 m. Bola membuat 2 putaran per detik. Hitung gaya tegang tali ! (Abaikan massa tali) T w 41

42

Melewati tikungan datar n Gaya sentripetal diberikan oleh gaya gesekan antara jalan dan roda n Gaya ini mengecil jika jalan basah atau licin 43

CONTOH SOAL Berapa laju maksimum sebuah mobil (massa 1050 kg) agar tidak selip ketika melewati tikungan dengan radius 70 m pada jalan yang rata dengan koefisien gesekan antara ban dan jalan sebesar 0, 8 ? Apakah hasil ini bergantung pada massa mobil ? 44

Banked Turns Velodrome GAMBAR GAYA SENTRIPETAL 45

Banked turns N R FCENT n Since the road is banked (not horizontal) the force of the road on the box is not vertical n Part of the force on the box from the road points toward the center of the circle n This provides the centripetal force n No friction is necessary to keep the box in the circle 46

Sebuah mobil dengan kecepatan 5 m/s menempuh tikungan berjari – jari 8 m pada jalan datar. Agar mobil tidak selip, berapa koefisien gesek antara ban mobil dengan jalan ? SOAL Sebuah tikungan jalan raya dirancang untuk lalu lintas dengan kecepatan 72 km/jam. Jika jari – jari kelengkungan adalah 120 meter, berapa sudut kemiringan jalan itu agar mobil tidak selip ? 47