Fisika Dasar IA Kuliah 5 Dinamika Lanjutan FISIKA

Fisika Dasar IA Kuliah 5 Dinamika (Lanjutan) FISIKA: Kuliah 4, Hal 1

FISIKA DASAR 1 A (FI- 1101): Kuliah 5 Dinamika (Lanjutan) Topik hari ini: ç The Free Body Diagram ç Tali & Katrol ç Hukum Hooke FISIKA: Kuliah 4, Hal 2

Review: Hukum Newton Hkm 1: Suatu benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan selama tidak ada resultan gaya yang bekerja padanya Hkm 2: Untuk sembarang benda berlaku, FNET = F = ma Hkm 3: Gaya-gaya muncul berpasangan: FA , B = - FB , A (gaya aksi sebanding tapi berlawanan arah dengan gaya reaksi) FISIKA: Kuliah 4, Hal 3

Gravity: l What is the force of gravity exerted by the earth on a typical physics student? çTypical student mass m = 55 kg çg = 9. 81 m/s 2. çFg = mg = (55 kg)x(9. 81 m/s 2 ) çFg = 540 N = WEIGHT FS, E = Fg = mg FE, S = -m - g FISIKA: Kuliah 4, Hal 4

Lecture 5, Act 1 Mass vs. Weight l An astronaut on Earth kicks a bowling ball and hurts his foot. A year later, the same astronaut kicks a bowling ball on the moon with the same force. Ouch! His foot hurts. . . (a) more (b) less (c) the same FISIKA: Kuliah 4, Hal 5

Lecture 5, Act 1 Solution l The masses of both the bowling ball and the astronaut remain the same, so his foot will feel the same resistance and hurt the same as before. Ouch! FISIKA: Kuliah 4, Hal 6

Lecture 5, Act 1 Solution l However the weights of the bowling ball and the astronaut are less: W = mg. Moon l Wow! That’s light. g. Moon < g. Earth Thus it would be easier for the astronaut to pick up the bowling ball on the Moon than on the Earth. FISIKA: Kuliah 4, Hal 7

Diagram Benda Bebas (Free Body Diagram) l Hukum Newton mengatakan bahwa untuk suatu benda, F = m a. l Kata kunci adalah untuk suatu benda. l Oleh karena itu sebelum kita menerapkan F = ma pada suatu benda, kita pisahkan dulu gaya yang bekerja pada benda tersebut: FISIKA: Kuliah 4, Hal 8

Diagram Benda Bebas. . . l Tinjau kasus berikut çTentukan gaya yang bekerja pada papan ? P = papan F = lantai W = tembok E = tanah FP, W FW, P FP, F FF, P FP, E FE, P FISIKA: Kuliah 4, Hal 9

The Free Body Diagram. . . l Consider the following case çWhat are the forces acting on the plank ? Isolate the plank from the rest of the world. FP, W FW, P FP, F FF, P FP, E FE, P FISIKA: Kuliah 4, Hal 10

Diagram Benda Bebas. . . l Gaya-gaya yang bekerja pada papan harus menggambarkan keadaan mereka sendiri. . . FP, W FP, F FP, E FISIKA: Kuliah 4, Hal 11

Aside. . . l Dalam kasus ini papan dalam keadaan diam. . . çIt is certainly not accelerating! çSo FNET = ma becomes FNET = 0 FP, W + FP, F + FP, E = 0 FP, F FP, E çThis is the basic idea behind statics, which we will discuss in a few weeks. FISIKA: Kuliah 4, Hal 12

Example l Example dynamics problem: A box of mass m = 2 kg slides on a horizontal frictionless floor. A force Fx = 10 N pushes on it in the x direction. What is the acceleration of the box? y F = Fx i a =? m x FISIKA: Kuliah 4, Hal 13

Example. . . l Draw a picture showing all of the forces y FB, F F x FF, B FB, E FE, B FISIKA: Kuliah 4, Hal 14

Example. . . l l Draw a picture showing all of the forces. Isolate the forces acting on the block. y FB, F F x FF, B FB, E = mg FE, B FISIKA: Kuliah 4, Hal 15

Example. . . l l l Draw a picture showing all of the forces. Isolate the forces acting on the block. Draw a free body diagram. y F FB, F x mg FISIKA: Kuliah 4, Hal 16

Example. . . l l Draw a picture showing all of the forces. Isolate the forces acting on the block. Draw a free body diagram. Solve Newton’s equations for each component. ç FX = ma. X ç FB, F - mg = ma. Y F FB, F y x mg FISIKA: Kuliah 4, Hal 17

Example. . . l l FX = ma. X ç So a. X = FX / m = (10 N)/(2 kg) = 5 m/s 2. FB, F - mg = ma. Y ç But a. Y = 0 ç So FB, F = mg. N y FX x l l The vertical component of the force of the floor on the object (FB, F ) is often called the Normal Force (N). Since a. Y = 0 , N = mg in this case. mg FISIKA: Kuliah 4, Hal 18

Example Recap N = mg FX a. X = F X / m mg y x FISIKA: Kuliah 4, Hal 19

Lecture 5, Act 2 Normal Force l A block of mass m rests on the floor of an elevator that is accelerating upward. What is the relationship between the force due to gravity and the normal force on the block? (a) N > mg (b) N = mg a (c) N < mg m FISIKA: Kuliah 4, Hal 20

Lecture 5, Act 2 Solution All forces are acting in the y direction, so use: N Ftotal = ma N - mg = ma a m mg N = ma + mg therefore N > mg FISIKA: Kuliah 4, Hal 21

Tools: Tali & Benang l l Dapat digunakan untuk menarik sesuatu dari jauh. Tegangan (T) pada suatu posisi tertentu dalam tali adalah besarnya gaya yang bekerja sepanjang penampang lintang tali pada posisi itu. . çGaya yang kita rasakan jika kita memotong tali dan memegang ujungnya. çAdalah suatu pasangan aksi-raeksi. T cut T T FISIKA: Kuliah 4, Hal 22

Tools: Tali & Benang. . . l Perhatikan suatu segmen horisontal dari tali yang bermassa m: çGambarkan suatu diagram benda bebas (abaikan gravitasi). m T 1 a T 2 l Terapkan Hukum II Newton (dalam arah x): FNET = T 2 - T 1 = ma l Sehingga jika m = 0 (talinya ringan sekali) then T 1 = T 2 x FISIKA: Kuliah 4, Hal 23

Tools: Tali & Benang. . . l Suatu tali ideal (tak bermassa) memiliki tegangan yang konstan sepanjang tali. T T l Jika tali bermassa, tegangan dapat bervasiasi sepanjang tali. ç Contoh: seutas tali yang berat yg digantung. . . T = Tg T=0 l Dalam banyak kasus tali dianggap tidak bermassa. FISIKA: Kuliah 4, Hal 24

Tools: Tali & Benang. . . l Arah gaya yang diberikan oleh tali adalah sepanjang arah tali: T karena ay = 0 (kotak tidak bergerak), m T = mg mg FISIKA: Kuliah 4, Hal 25

Contoh: Memancing anak hiu l Seekor ikan hiu sedang ditarik keluar dari laut menggunakan benang pancing yang kemudian putus ketika tegangannya mencapai 180 N. Benang putus saat percepatan ikan menjadi 12. 2 m/s 2. Tentukan massa ikan? snap ! (a) 14. 8 kg (b) 18. 4 kg a = 12. 2 m/s 2 (c) 8. 2 kg m=? FISIKA: Kuliah 4, Hal 26

Contoh: Memancing anak hiu. . . T l Gambarkan diagram benda bebas!! l Terapkan Hk II Newton dengan arah ke atas (+): a = 12. 2 m/s 2 m=? FTOT = ma T - mg = ma T = ma + mg = m(g+a) mg FISIKA: Kuliah 4, Hal 27

Tools: Pasak & Katrol l Digunakan untuk mengubah arah gaya. çSebuah katrol ideal tak bermassa atau pasak ideal yang licin akan mengubah arah gaya tanpa mempengaruhi besarnya: F 1 | = | F 2 | ideal peg or pulley F 2 FISIKA: Kuliah 4, Hal 28

Tools: Pasak & Katrol… l Digunakan untuk mengubah arah gaya çSebuah katrol ideal tak bermassa atau pasak ideal yang licin akan mengubah arah gaya tanpa mempengaruhi besarnya: FW, S = mg T T = mg m mg FISIKA: Kuliah 4, Hal 29

Pegas l Hukum Hooke: Gaya yang diberikan oleh pegas sebanding dengan perubahan panjang atau pendeknya pegas terhadap titik setimbangnya. çFX = -k x , dengan x adalah perpindahan dari titik setimbang dan k adalah konstanta pembanding relaxed position FX = 0 x FISIKA: Kuliah 4, Hal 30

Pegas. . . l Hukum Hooke: Gaya yang diberikan oleh pegas sebanding dengan perubahan panjang atau pendeknya pegas terhadap titik setimbangnya. çFX = -k x dengan x adalah perpindahan dari titik setimbang dan k adalah konstanta pembanding. relaxed position FX = -kx > 0 x FISIKA: Kuliah 4, Hal 31

Pegas. . . l Hukum Hooke: Gaya yang diberikan oleh pegas sebanding dengan perubahan panjang atau pendeknya pegas terhadap titik setimbangnya. çFX = -k x dengan x adalah perpindahan dari titik setimbang dan k adalah konstanta pembanding. relaxed position FX = - kx < 0 x>0 x FISIKA: Kuliah 4, Hal 32

Contoh: Gaya dan Percepatan l Sebuah balok dengan berat 4 lbs digantung dengan sebuah tali yang dihubungkan dengan skala. Skala ini kemudian diikatkan ke dinding dan membaca berat 4 lbs. Berapa berat yang terbaca pada skala jika sebagai ganti tembok ia dihubungkan dengan balok yang lain seberat 4 lbs? ? m m m (2) (1) (a) 0 lbs. (b) 4 lbs. (c) 8 lbs. FISIKA: Kuliah 4, Hal 33

Solution: Gaya dan Percepatan l l Gambar diagram benda bebas dari satu balok T Gunakan Hukum ke-2 Newton dalam arah y: a = 0 karena balok diam m T = mg mg FTOT = 0 T - mg = 0 T = mg = 4 lbs. FISIKA: Kuliah 4, Hal 34

Solution: Gaya dan Percepatan : l Skala membaca tegangan pada tali, yaitu T = 4 lbs dalam kedua kasus ini! T T m T T T m m FISIKA: Kuliah 4, Hal 35