Di dalam ilmu fisika, gaya atau kakas adalah apapun yang dapat menyebabkan sebuah benda bermassa
mengalami percepatan.[1]. Gaya memiliki besar dan arah, sehingga merupakan besaran vektor. Satuan SI yang digunakan untuk mengukur gaya adalah Newton (dilambangkan dengan N). Berdasarkan Hukum kedua Newton, sebuah benda dengan massa konstan akan dipercepat sebanding dengan gaya netto yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya.
Dalam bahasa sehari-hari gaya dikaitkan dengan dorongan atau tarikan, mungkin dikerahkan oleh otot-otot kita.
Di fisika, kita memerlukan definisi yang lebih presisi. Kita mendefinisikan gaya di sini dalam hubungannya dengan percepatan yang dialami benda standar yang diberikan ketika ditempatkan di lingkungan sesuai.
Sebagai benda standar kita menggunakan (atau agaknya membayangkan bahwa kita menggunakannya!) silinder platinum yang disimpan di International Bureau of Weights and Measures dekat Paris dan disebut kilogram standar.
Di fisika, gaya adalah aksi atau agen yang menyebabkan benda bermassa bergerak dipercepat. Hal ini mungkin dialami sebagai angkatan, dorongan atau tarikan. Percepatan benda sebanding dengan penjumlahan vektor seluruh gaya yang beraksi padanya (dikenal sebagai gaya netto atau gaya resultan).
Dalam benda yang diperluas, gaya mungkin juga menyebabkan rotasi, deformasi atau kenaikan tekanan terhadap benda. Efek rotasi ditentukan oleh torka, sementara deformasi dan tekanan ditentukan oleh stres yang diciptakan oleh gaya.
Gaya netto secara matematis sama dengan laju perubahan momentum benda dimana gaya beraksi. Karena momentum adalah kuantitas vektor (memiliki besar dan arah), gaya adalah juga kuantitas vektor.
Konsep gaya telah membentuk bagian dari statika dan dinamika sejak zaman kuno. Kontribusi kuno terhadap statika berpuncak dalam pekerjaan Archimedes di abad ke tiga sebelum Masehi, yang masih membentuk bagian fisika modern.
Sebaliknya, dinamika Aristoteles disatukan kesalahpahaman intuisi peranan gaya yang akhirnya dikoreksi dalam abad ke 17, berpuncak dalam pekerjaan Isaac Newton.
Menurut perkembangan mekanika kuantum, sekarang dipahami bahwa partikel saling mempengaruhi satu sama lain melalui interaksi fundamental, menjadikan gaya sebagai konsep yang berguna hanya pada konsep makroskopik.
Hanya empat interaksi fundamental yang dikenal: kuat, elektromagnetik, lemah (digabung menjadi satu interaksi elektrolemah pada tahun 1970-an), dan gravitasi (dalam urutan penurunan kuat interaksi).
Sabtu, 13 Februari 2010
USAHA
Usaha alias Kerja yang dilambangkan dengan huruf W (Work-bahasa inggris), digambarkan sebagai sesuatu yang dihasilkan oleh Gaya (F) ketika Gaya bekerja pada benda hingga benda bergerak dalam jarak tertentu. Hal yang paling sederhana adalah apabila Gaya (F)
bernilai konstan (baik besar maupun arahnya) dan benda yang dikenai
Gaya bergerak pada lintasan lurus dan searah dengan arah Gaya tersebut.
Secara
matematis, usaha yang dilakukan oleh gaya yang konstan didefinisikan
sebagai hasil kali perpindahan dengan gaya yang searah dengan
perpindahan.
Persamaan matematisnya adalah :
W = Fs cos 0 = Fs (1) = Fs
W adalah usaha alias kerja, F adalah besar gaya yang searah dengan perpindahan dan s adalah besar perpindahan.
Apabila
gaya konstan tidak searah dengan perpindahan, sebagaimana tampak pada
gambar di bawah, maka usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda
didefinisikan sebagai perkalian antara perpindahan dengan komponen gaya
yang searah dengan perpindahan. Komponen gaya yang searah dengan
perpindahan adalah F cos teta
Secara matematis dirumuskan sebagai berikut :
Hasil perkalian antara besar gaya (F) dan besar perpindahan (s)
di atas merupakan bentuk perkalian titik atau perkalian skalar.
Karenanya usaha masuk dalam kategori besaran skalar. Pelajari lagi
perkalian vektor dan skalar kalau dirimu bingun… Persamaan di atas bisa
ditulis dalam bentuk seperti ini :
Satuan
Usaha dalam Sistem Internasional (SI) adalah newton-meter. Satuan
newton-meter juga biasa disebut Joule ( 1 Joule = 1 N.m). menggunakan
sistem CGS (Centimeter Gram Sekon), satuan usaha disebut erg. 1 erg = 1
dyne.cm. Dalam sistem British, usaha diukur dalam foot-pound (kaki-pon).
1 Joule = 107 erg = 0,7376 ft.lb.
Perlu
anda pahami dengan baik bahwa sebuah gaya melakukan usaha apabila benda
yang dikenai gaya mengalami perpindahan. Jika benda tidak berpindah
tempat maka gaya tidak melakukan usaha. Agar memudahkan pemahaman anda,
bayangkanlah anda sedang menenteng buku sambil diam di tempat. Walaupun
anda memberikan gaya pada buku tersebut, sebenarnya anda tidak melakukan
usaha karena buku tidak melakukan perpindahan. Ketika anda menenteng
atau menjinjing buku sambil berjalan lurus ke depan, ke belakang atau ke
samping, anda juga tidak melakukan usaha pada buku. Pada saat menenteng
buku atau menjinjing tas, arah gaya yang diberikan ke atas, tegak lurus
dengan arah perpindahan. Karena tegak lurus maka sudut yang dibentuk
adalah 90o. Cos 90o = 0, karenanya berdasarkan
persamaan di atas, nilai usaha sama dengan nol. Contoh lain adalah
ketika dirimu mendorong tembok sampai puyeng… jika tembok tidak
berpindah tempat maka walaupun anda mendorong sampai banjir keringat,
anda tidak melakukan usaha. Kita dapat menyimpulkan bahwa sebuah gaya
tidak melakukan usaha apabila gaya tidak menghasilkan perpindahan dan
arah gaya tegak lurus dengan arah perpindahan.
Contoh Soal 1 :
Sebuah
peti kemas bermassa 50 kg yang terletak pada lantai ditarik horisontal
sejauh 2 meter dengan gaya 100 N oleh seorang buruh pelabuhan. Lantai
tersebut agak kasar sehingga gaya gesekan yang diberikan pada karung
beras sebesar 50 N. Hitunglah usaha total yang dilakukan terhadap karung
berisi beras tersebut…
Panduan jawaban :
Sebelum
menghitung usaha total, terlebih dahulu kita hitung usaha yang
dilakukan oleh buruh karung dan usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan.
Kita tetapkan arah kanan bertanda positif sedangkan arah kiri negatif.
(b = buruh, Fg = gaya gesekan, N = gaya normal, w = berat). Gaya gesekan berlawanan arah dengan arah gerakan benda sehingga bertanda negatif.
Pada
soal di atas, terdapat empat gaya yang bekerja pada peti kemas, yakni
gaya tarik buruh (searah dengan perpindahan peti kemas), gaya gesekan
(berlawanan arah dengan perpindahan peti), gaya berat dan gaya normal
(tegak lurus arah perpindahan, sudut yang terbentuk adalah 90o).
Untuk mengetahui usaha total, terlebih dahulu kita hitung besar usaha yang dilakukan masing-masing gaya tersebut.
Usaha yang dilakukan oleh buruh pelabuhan :
Wb = Fb.s = (100 N) (2 m) = 200 N.m
Usaha yang dilakukan oleh Gaya gesekan :
Wg = Fg.s =- (50 N) (2 m) = -100 N.m
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat :
Ww = Fw.s = (mg) (2 m) cos 90o = 0
Usaha yang dilakukan oleh gaya normal :
WN = FN.s = (mg) (2 m) cos 90o = 0
Usaha total = Wb + Wg + Ww + WN = (200 N.m) + (-100 N.m) + 0 + 0 = 100 N.m = 100 Joule
Contoh Soal 2 :
Seorang anak menarik mobil mainan menggunakan tali dengan gaya sebesar 20 N. Tali tersebut membentuk sudut 30o
terhadap permukaan tanah dan besar gaya gesekan tanah dengan roda mobil
mainan adalah 2 N. Jika mobil mainan berpindah sejauh 10 meter,
berapakah usaha yang dilakukan anak tersebut ?
Panduan jawaban :
Pada
dasarnya soal ini sama dengan contoh soal 1. Pada soal ini terdapat
sudut yang dibentuk antara gaya dengan arah horisontal, sehingga
komponen gaya tarik yang dipakai adalah F cos teta (sejajar dengan arah
perpindahan)
Untuk
mengetahui usaha total, terlebih dahulu kita hitung besar usaha yang
dilakukan masing-masing gaya : (A = anak, g = gesekan, w = berat dan N =
normal)
Usaha yang dilakukan oleh Gaya gesekan :
Wg = Fg.s = (-2 N) (10 m) = -20 N.m
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat :
Ww = Fw.s = (mg) (2 m) cos 90o = 0
Usaha yang dilakukan oleh gaya normal :
WN = FN.s = (mg) (2 m) cos 90o = 0
Tidak ada komentar:
Posting Komentar