DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN SATU

HUKUM NEWTON DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN SATUDINAMIKA BAGIAN SATU

Penggambaran gerak benda dengan hanya meninjau posisi, kecepatan dan percepatan dinamakan kinematika. Dalam kinematika, kita sengaja mengabaikan penyebab gerakan benda. Benda melakukan gerak beraturan karena memiliki kecepatan yang tetap atau benda melakukan gerak berubah beraturan karena memiliki percepatan. Tapi, dari mana benda memperoleh kecepatan dan percepatan?

Gambar 1: Realita dan Kinematika. Kinematika tidak membahas besaran fisika penyebab gerakan benda.

Bab ini bertujuan untuk memperluas pandangan kita tentang gerak benda dengan cara melibatkan sumber yang menjadi penyebab gerakannya. Bidang ilmu fisika yang membahas hal demikian ini dinamakan dinamika. Kinematika dan Dinamika partikel bagian satu merupakan fondasi dari Mekanika.

1 Pandangan Aristoteles (384-322 S.M)

Sejarah mencatat upaya manusia mempelajari gerakan benda dimulai sejak Aristoteles, seorang filsuf Yunani kuno yang masyhur, menulis prinsip-prinsip umum tentang gerak.

Gambar 2: Lukisan Aristoteles oleh Francesco Hayez (1791–1882) sumber: Francesco Hayez/wikipedia.

Aristoteles berpandangan bahwa tanpa kehadiran penyebab sebuah benda tidak akan mengalami gerak. Jika sebuah benda mengalami gerak maka benda itu memiliki penyebab gerakan. Baca artikel sebelumnya!

Penyebab gerakan benda adalah gaya.

Gerakan benda oleh Aristoteles dikelompokkan menjadi dua jenis antara lain: gerak alamiah dan gerak terpaksa.

• Gerak alamiah
  • Gerak alamiah adalah gerak yang dialami benda oleh karena sifat alamiahnya. Sifat alamiah benda berasal dari kandungan tanah, air, udara, dan api yang pada masa itu diyakini sebagai unsur penyusun semua benda di alam ini (lihat Gambar 3).
  • Aristoteles memandang gejala gravitasi sebagai gejala tempat alamiah, yaitu tempat asal benda berdasarkan porsi empat unsur tersebut dalam benda. Jika sebuah benda tidak berada di tempat alamiahnya maka benda itu secara otomatis mengalami gerak alamiah untuk kembali ke tempat alamiahnya.
  • Sebagai contoh adalah gerak gelembung-gelembung udara yang dilepaskan dalam wadah berisi air. Karena porsi unsur udara dalam gelembung-gelembung udara lebih banyak dari unsur lainnya maka gelembung-gelembung udara akan menuju ke tempat alamiahnya yakni angkasa.

    

  • Gambar 3: Empat unsur penyusun alam: tanah, air, udara dan api. Masing-masing unsur penyusun alam tersebut dapat berubah menjadi unsur lainnya. Misalnya api (komposisi sifat panas dan kering) berubah menjadi abu apabila kadar panasnya berkurang hingga hanya menyisakan komposisi sifat kering dan dingin (tanah). Api dapat menjadi air dan demikian sebaliknya melalui dua tahap perubahan.
  • Contoh lain sebongkah batu dilepaskan dalam wadah berisi air. Karena porsi unsur tanah dalam batu lebih banyak dari unsur lainnya maka batu akan menuju ke tempat alamiahnya yakni tanah atau dalam hal ini dasar wadah.
  • Contoh lain sehelai bulu angsa dan sebongkah batu yang sama-sama dilepaskan dari ketinggian tertentu di udara akan jatuh ke tanah. Akan tetapi gerak jatuh bulu angsa tidak secepat batu. Hal itu dikarenakan porsi unsur tanah dalam bulu angsa tidak sebanyak porsi unsur tanah dalam batu.
• Gerak terpaksa
  • Gerak terpaksa adalah gerak yang dialami benda oleh karena adanya gangguan dari luar benda. Misalnya gerak benda karena ditarik atau didorong.

Pandangan Aristoteles tentang gerak dibantah oleh Galileo Galilei.

2 Pandangan Galileo Galilei (1564-1642) DINAMIKA BAGIAN SATU

Sebelum tahun 1600-an, masyarakat meyakini benda yang lebih berat apabila dijatuhkan dari ketinggian tertentu akan sampai ke tanah lebih cepat. Baca artikel sebelumnya!

Gambar 4: Lukisan Galileo Galilei oleh Ottavio Leoni pada 1624. sumber: Ottavio Leoni/wikipedia.

Keyakinan masyarakat tersebut berpijak pada pandangan Aristoteles, seorang filsuf Yunani kuno yang masyhur, mengenai gerak alamiah benda. DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN SATU

Keyakinan masyarakat tersebut lestari hingga akhirnya dibantah oleh Galileo Galilei melalui pembuktian secara eksperimental.

Melalui eksperimen benda jatuh bebas Galileo memperlihatkan dengan jelas bahwa jika dua buah benda dengan bobot yang berbeda dijatuhkan dari ketinggian yang sama pada waktu yang sama pula maka kedua benda itu akan sampai ke tanah dalam waktu yang bersamaan.

Eksperimen Galileo yang melegenda ini konon dilakukan di menara condong Pisa, Italia.

Gambar 5: (kiri) Penggambaran eksperimen Gelileo tentang benda jatuh bebas dari menara condong Pisa, sumber: Pulsar/physics.stackexchange.com. (kanan) Foto menara condong Pisa dan katedral saat sekarang, sumber: Corbis/britannica.com.

2.1 Eksperimen Galileo Galilei Dinamika partikel bagian satu

Aristoteles berpandangan bahwa tanpa kehadiran penyebab sebuah benda tidak akan mengalami gerak.

Jika pandangan Aristoteles benar maka agar supaya benda dapat terus bergerak maka benda itu perlu terus diberi gaya (didorong atau ditarik). Baca artikel sebelumnya!

Jika dorongan atau tarikan pada benda dihentikan maka benda akan seketika itu juga berhenti.

Kesimpulan yang dapat diambil dari pandangan tersebut adalah:

• Keadaan alamiah semua benda adalah tidak bergerak (diam ditempatnya masing-masing).
• Benda bergerak dengan kecepatan tetap apabila mendapat gaya yang besarnya juga tetap.

Berdasarkan pengalaman sehari-hari, dua kesimpulan di atas memang terasa benar. Anda dapat membuktikan sendiri dengan menarik atau mendorong benda apa saja yang berada disekitar Anda: buku, smartphone, meja belajar dll.

Benda yang pada mulanya diam akan bergerak dan akan berhenti ketika Anda menghentikan tarikan atau dorongan, bukan begitu? Kesimpulan apa yang dapat Anda ambil dari peristiwa tersebut?

Jika Anda setuju dengan kesimpulan di atas maka bertambah satu follower Aristoteles 🙂

Galileo melakukan serangkaian eksperimen untuk menguji prinsip-prinsip gerak benda yang telah mengakar kuat di tengah masyarakat pada saat itu.Dinamika partikel bagian satu

Eksperimen 1: Bola menggelinding dari atas ke bawah melalui bidang miring.

 

Bola yang mula-mula tidak bergerak, saat dilepaskan, menggelinding ke bawah dengan kelajuan yang semakin lama semakin besar. Kelajuan bola itu bertambah dengan sendirinya (mengalami percepatan positif).

Alasan terkuat (bahkan barangkali alasan satu-satunya) bola mengalami percepatan positif adalah karena bola ditarik oleh gaya alamiah yang arahnya vertikal ke bawah. DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN SATU

Gaya alamiah memiliki arah vertikal ke bawah sebab percepatan bola bernilai maksimum saat menggelinding secara vertikal ke bawah (benda jatuh bebas). Baca artikel sebelumnya!

Eksperimen 2: Bola menggelinding dari bawah ke atas melalui bidang miring.

 

Kelajuan bola yang menggelinding dari bawah ke atas berkurang dengan sendirinya (mengalami pecepatan negatif).

Alasan terkuat bola mengalami percepatan negatif dengan sendirinya adalah karena bola ditarik oleh gaya alamiah yang arahnya vertikal ke bawah. DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN SATU

Hal ini sesuai dengan yang teramati pada Eksperimen 1: arah gaya alamiah adalah vertikal ke bawah.

Eksperimen 3: Berdasarkan hasil eksperimen 1 dan 2, seharusnya bola yang menggelinding pada bidang datar tidak memiliki alasan apapun untuk mengalami penambahan atau pengurangan laju.

 

Karena bola tidak mengalami penambahan atau pengurangan laju maka dikatakan bola bergerak dengan kelajuan tetap.

Karena kelajuan bola tetap maka seharusnya bola mampu terus bergerak selama-lamanya.

Kenyataan yang terjadi adalah laju bola berangsur-angsur berkurang dan pada akhirnya bola berhenti bergerak.

Penyebab laju bola berkurang tentu bukan karena gaya alamiah karena lantai yang dilalui bola tidak miring sebagaimana eksperimen 2.

Lalu apa yang menyebabkan laju bola berkurang? Galileo menyimpulkan penyebab berkurangnya laju bola adalah karena bola mengalami gesekan dengan lantai.

Apabila gesekan bola dengan lantai dapat ditiadakan maka secara teoretis bola akan bergerak dengan kelajuan tetap.

Selama bola tidak dipaksa berhenti oleh suatu sebab maka bola akan terus bergerak selama-lamanya.

Berpijak pada hasil-hasil dari serangkaian eksperimen tersebut Galileo berkeyakinan bahwa, benda tidak bergerak bukanlah satu-satunya keadaan alamiah yang mungkin terjadi. Baca artikel sebelumnya!

Eksperimen 4: Gambar paling atas memperlihatkan sebuah bola yang dilepas di tepi kiri akan menggelinding hingga berhenti di tepi kanan pada ketinggian yang sama dengan tepi kiri.

Gambar kedua memperlihatkan peristiwa yang sama kecuali kemiringan lantai sisi kanan diubah sehingga lebih landai dan panjang. Bola berhenti di sisi kanan dengan ketinggian yang sama dengan di sisi kiri.

Kenyataan bahwa bola berusaha mempertahankan catatan ketinggiannya di kedua tepi tanpa memedulikan jarak dan kelandaian yang telah ia tempuh tersebut merupakan perilaku alami yang menarik perhatian.

Selanjutnya, gambar paling bawah memperlihatkan keadaan di mana lintasan bola di sisi kanan diubah menjadi sepenuhnya datar.

Karena lintasan bola tidak menanjak maka tidak ada alasan kelajuan bola mengalami pengurangan.

Sebagai akibatnya, bola dapat terus bergerak ke kanan dengan kelajuan tetap selama-lamanya (dengan catatan pengaruh gesekan bola dengan lantai diabaikan).

Hasil-hasil eksperimen tersebut mengarah pada satu kesimpulan penting:

Bola memiliki kecenderungan untuk mempertahankan geraknya.

Hal tersebut tentu berlaku juga untuk benda-benda yang lain sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa secara umum suatu benda memiliki kecenderungan untuk mempertahankan geraknya. Dinamika partikel bagian satu

Gejala alam yang mengungkapkan kecenderungan benda tersebut oleh Galileo disebut inersia atau kelembaman.

Karena benda memiliki kelembamam maka keadaan alamiah benda tidak hanya tanpa gerakan.

Sebuah benda yang bergerak selama-lamanya adalah juga keadaan alamiah yang wajar.

Gejala alam yang oleh Galileo disebut kelembaman itu kelak menjadi inspirasi penting bagi Sir Isaac Newton. Baca artikel sebelumnya!

BERSAMBUNG KE DINAMIKA PERTIKEL BAGIAN DUA

DINAMIKA BAGIAN SATU, FISIKA DASAR 1, MATERI HUKUM NEWTON. Ditulis oleh Andri Sofyan Husein, S.Si, M.Si. Salah satu guru di BIMBELQ.