DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

3. Gaya tegangan tali DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

Seutas tali pada tingkat mikroskopis merupakan untaian molekul yang panjang.

Masing-masing molekul dalam untaian yang panjang itu berikatan dengan tetangganya sebagai akibat dari interaksi elektromagnetik.

Molekul dan ikatan antar molekul pada tali dapat diandaikan sebagai untaian massa bola berukuran mikroskopis yang terhubung oleh pegas (per) ringan (tak bermassa). Baca artikel sebelumnya!

Kuat atau lemahnya ikatan antar molekul dicerminkan oleh kuat atau lemahnya pegas itu. Kajian sifat-sifat mekanis bahan dengan mengandaikan bahan tersusun atas sistem massa-pegas telah umum digunakan.

Misalnya untaian massa (molekul) itu berbaris dari kiri ke kanan dengan urutan pertama, kedua, ketiga dan seterusnya sebagaimana tampak dalam Gambar 18.

DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH
DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

Gambar 18: Untaian molekul penyusun tali diandaikan sebagai sistem massa-pegas.

Ketika molekul pertama m1 mengalami gaya aksi ke kiri maka seketika itu juga pegas pertama (ikatan antara molekul m1 dan m2) melakukan gaya reaksi ke kanan pada m1 dan gaya aksi ke kiri pada m2.

Oleh karena m2 mengalami gaya aksi ke kiri maka pegas berikutnya (ikatan antara molekul m2 dan m3) melakukan gaya reaksi ke kanan pada m2 dan gaya aksi ke kiri pada m3 dan seterusnya.

Melalui proses beruntun tersebut gaya aksi pada ujung kiri tali dirambatkan oleh ikatan-ikatan molekul penyusun tali hingga ujung kanan.

Gaya aksi yang merambat pada tali inilah yang disebut gaya tegangan tali. Arah gaya tegangan tali (anak panah merah pada molekul) searah dengan gaya aksi (Faksi).

Sebuah balok ditarik oleh seseorang menggunakan tali sebagaimana tampak dalam Gambar 19.

Seperti halnya balok kayu pada landasan (Gambar 11), pada balok ini pun bekerja gaya-gaya dalam arah vertikal antara lain gaya berat dan gaya normal.

Keduanya saling melenyapkan oleh karenanya balok berada pada kesetimbang gaya dalam arah vertikal.

Jika ujung kanan tali terikat pada balok dan ujung kiri mengalami gaya aksi sebesar Faksi maka gaya itu diterima oleh balok sebagai gaya tegangan tali T.

Sebagai reaksinya balok mengerjakan gaya  kepada tali yang besarnya sama dengan gaya T namun memiliki arah yang berlawanan, yakni T¹ = -T. Baca artikel sebelumnya!

Sedangkan gaya-gaya yang dialami balok adalah gaya tegangan tali T ke kiri dan gaya gesek f ke kanan.

DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH
DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

Gambar 19: Diagram gaya pada arah horizontal dari sebuah balok yang ditarik menggunakan tali.

Besarnya gaya tegangan tali T yang menarik balok ke kiri tidak selalu sama dengan gaya aksi Faksi .

Misalnya tali mengalami percepatan gerak ke kiri sebesar a oleh karena mendapat gaya aksi ke kiri sebesar Faksi .

Jika massa tali cukup kecil sehingga dapat diabaikan (mtali ≈ 0) maka sesuai Hukum II Newton besarnya gaya tegangan tali ialah

(45)

sehingga

T = Faksi

(46)

Tampak pada Persamaan (46) besarnya gaya tegangan tali T sama dengan gaya aksi Faksi jika massa tali diabaikan.

Jika massa tali tidak diabaikan maka tali dan balok adalah dua benda yang sama-sama bergerak ke kiri dengan percepatan a.

Berdasarkan Hukum II Newton resultan gaya yang bekerja pada tali ialah

Faksi – T = mtali ⋅ a

(47)

Menggunakan Persamaan (47) besar percepatan gerak tali ialah

(48)

Pada balok berlaku Hukum II Newton

T – fk = mbalok ⋅ a

(49)

dengan fk adalah gaya gesek kinetis yang arahnya berlawanan dengan gerak balok.

Besar percepatan gerak balok ialah

(50)

Oleh karena percepatan gerak tali sama besarnya dengan percepatan gerak balok, maka menggunakan Persamaan (48) dan (50) dapat diperoleh

(51)

Menggunakan Persamaan (51) dapat diperoleh besarnya gaya tegangan tali yang bekerja pada balok

(52)

Jika massa tali diabaikan maka dapat disubstitusikan mtali = 0 ke dalam Persamaan (52) sehingga kembali diperoleh Persamaan (46).

Selanjutnya, mengingat definisi gaya gesek kinetis fk = μkN = μkmbalok g, Persamaan (52) dapat ditulis ulang sebagai

(53)

dengan μk adalah koefisien gesekan kinetis dan g adalah percepatan gravitasi Bumi (g = 9, 8 m/s²).

4. Gaya sentripetal DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

Penerapan hukum Newton tentang gerak pada benda-benda yang menempuh lintasan gerak berupa lingkaran atau busur (sebagian dari keliling lingkaran) berhasil mengungkap keberadaan gaya yang bertanggung jawab atas terbentuknya lintasan gerak melingkar benda-benda itu. Baca artikel sebelumnya!

Gaya tersebut dinamakan gaya sentripetal.

Sir Isaac Newton menggambarkan gaya tersebut sebagai, ”A centripetal force is that by which bodies are drawn or impelled, or any way tend, towards a point as to a centre”–Definition V, Principia, hal. 74.

Lintasan gerak berupa lingkaran (atau busur) terbentuk karena kecepatan linear benda berubah arah akibat suatu percepatan yang arahnya menuju pusat lingkaran. DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

Percepatan menuju pusat lingkaran yang dialami benda disebabkan oleh bekerjanya gaya sentripetal pada benda itu.

Oleh karena itu percepatan tersebut dinamakan percepatan sentripetal.

Jika benda memiliki massa m bergerak dengan kelajuan linear v dan menempuh lintasan gerak berupa lingkaran dengan jari-jari r maka besarnya gaya sentripetal yang dialami benda adalah

Fs = mas

(54)

dengan as adalah percepatan sentripetal. Besarnya percepatan sentripetal ialah

(55)

Menggunakan Persamaan (55), gaya sentripetal dapat dituliskan sebagai

(56)

Arah gaya sentripetal Fs pada benda yang bergerak melingkar dengan kecepatan linear ~v tampak dalam Gambar 20.

DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH
DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

Gambar 20: Gerak melingkar benda (a) berlawanan arah putaran jarum jam, (b) searah putaran jarum jam.

Lintasan gerak benda berupa lingkaran dapat dijumpai pada macam-macam gerakan benda. Beberapa contohnya adalah: gerakan benda yang terikat oleh tali kemudian diputar-putar di udara, gerakan Bulan mengitari Bumi, gerakan satelit buatan mengitari Bumi, gerakan elektron mengitari inti atom pada orbit stasionernya, dll. Baca artikel sebelumnya!

Lintasan gerak benda berupa busur lingkaran dapat dijumpai pada gerakan kendaraan ketika menikung di jalan, gerak serangga ketika menikung di jalan, dll. Pada macam-macam gerakan melingkar itu benda mengalami gaya sentripetal oleh sumber yang berbeda-beda.

DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH
DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

Gambar 21: Gerak menikung seekor serangga. DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

a, Gaya sentripetal yang dialami benda ketika terikat oleh tali kemudian diputar-putar di udara berasal dari gaya tegangan tali.

b. Gaya sentripetal yang dialami Bulan ketika mengitari Bumi atau satelit buatan ketika mengitari Bumi berasal dari gaya gravitasi.

c. Gaya sentripetal yang dialami elektron ketika mengitari inti atom pada orbit stasionernya berasal dari gaya Coulomb.

d. Gaya sentripetal yang dialami kendaaran ketika menikung di jalan berasal dari gaya gesek.

5.  Gaya-gaya fundamental DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

Sebagai penutup subbab macam-macam gaya akan diperkenalkan nama gaya-gaya fundamental.

Apakah arti gaya-gaya fundamental?

Bermacam-macam gaya yang ada di alam sejatinya merupakan perwujudan dari gaya-gaya fundamental (mendasar).

Istilah lainnya ialah interaksi fundamental.

Suatu gaya disebut gaya fundamental apabila perwujudan gaya itu tidak dapat diturunkan, diuraikan, dijelaskan sebagai perwujudan dari gaya-gaya yang lain.

Sebagai contoh, gaya tegangan tali yang telah dijelaskan sebelumnya ternyata berasal dari gaya aksi yang dirambatkan oleh ikatan antar molekul penyusun tali.

Ikatan antar molekul penyusun tali jika dikaji lebih jauh berasal dari gaya elektromagnetik.

Gaya elektromagnetik tidak dapat diturunkan, diuraikan, dijelaskan sebagai perwujudan dari gaya-gaya yang lain.

Oleh sebab itu, gaya elektromagnetik merupakan gaya fundamental.

Terdapat empat gaya fundamental di alam antara lain:

  • gaya gravitasi
  • gaya elektromagnetik
  • gaya nuklir kuat
  • gaya nuklir lemah DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH

Keempat gaya fundamental tersebut termasuk kelompok gaya-gaya tidak sentuhan (field forces).

Referensi

Disarikan dari berbagai sumber. Baca artikel sebelumnya!

BERSAMBUNG KE DINAMIKA BAGIAN DELAPAN ==> MATERI PENERAPAN HUKUM NEWTON

DINAMIKA PARTIKEL BAGIAN TUJUH, FISIKA DASAR 1, MACAM-MACAM GAYA. Ditulis oleh Andri Sofyan Husein, S.Si, M.Si. Salah satu guru di BIMBELQ.

error: Content is protected !!
Open chat
Butuh bantuan?
Halo
Ada yang bisa dibantu?