Gaya adalah salah satu konsep penting dalam fisika yang berkaitan dengan interaksi antara benda-benda. Gaya merupakan pengaruh yang dapat menyebabkan perubahan keadaan gerak atau bentuk suatu benda. Konsep ini ditemukan dan dikembangkan oleh Isaac Newton dalam Hukum Geraknya.
Hukum Newton terdiri dari tiga prinsip dasar yang menjelaskan hubungan antara gaya, massa, dan gerakan suatu benda. Hukum pertama, yang juga dikenal sebagai Hukum Inersia, menyatakan bahwa sebuah benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus dengan kecepatan konstan jika gaya total yang bekerja padanya adalah nol. Dengan kata lain, benda akan tetap dalam keadaan seimbang atau bergerak dengan kecepatan konstan tanpa ada gaya yang mengganggu.
Hukum kedua Newton, yang juga dikenal sebagai Hukum Gerak atau Hukum Percepatan, menyatakan bahwa percepatan suatu benda sebanding dengan gaya yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massa benda tersebut. Secara matematis, hukum ini dapat dirumuskan sebagai F = m * a, di mana F adalah gaya yang bekerja pada benda, m adalah massa benda, dan a adalah percepatan yang dihasilkan.
Hukum ketiga Newton, yang juga dikenal sebagai Hukum Aksi-Reaksi, menyatakan bahwa setiap gaya aksi akan memiliki gaya reaksi yang sebanding namun berlawanan arah. Artinya, jika suatu benda memberikan gaya pada benda lain, maka benda yang kedua akan memberikan gaya yang sama besar namun berlawanan arah pada benda pertama. Contohnya, saat kita mendorong tembok, tembok juga memberikan gaya yang sama besar pada kita namun ke arah berlawanan.
Penerapan konsep gaya dan hukum Newton dapat ditemui dalam berbagai fenomena fisika sehari-hari. Misalnya, dalam mekanika, kita dapat menggunakan hukum Newton untuk memprediksi gerakan suatu benda, menghitung kekuatan yang diperlukan untuk memindahkan benda, atau menganalisis tumbukan antara benda-benda.
Dalam kesimpulan, gaya dan hukum Newton merupakan konsep dasar dalam fisika yang membantu kita memahami interaksi antara benda-benda. Gaya adalah pengaruh yang dapat menyebabkan perubahan gerak atau bentuk pada suatu benda. Hukum Newton menjelaskan hubungan antara gaya, massa, dan gerakan benda melalui tiga prinsip dasar. Penerapan konsep ini dapat ditemui dalam berbagai fenomena fisika sehari-hari.
Soal
Sebuah satelit yang bermassa 3000 kg dilepaskan dari muatan pesawat ulang-alik dengan bantuan pegas. Jika satelit dilontarkan dengan kecepatan 0,8 m/s dengan pegas dalam selang waktu 0,5 s, maka gaya rata-rata yang diberikan pegas pada satelit tersebut adalah….
Pembahasan :
Soal ini dapat diselesaikan dengan menggunakan konsep momentum-impuls. Di mana besarnya impuls setara dengan perubahan momentum.
Sehingga :
2.Sebuah balok bermassa 5 kg (berat w = 50 N) digantung dengan tali dan diikatkan pada atap. Jika balok diam maka berapakah tegangan talinya?
Penyelesaian:
Gaya-gaya yang bekerja pada balok seperti gambar di bawah ini, karena balok diam, maka berlaku hukum I Newton yaitu sebagai berikut.
ΣF = 0
T – w = 0
T – 50 = 0
T = 50 N
Jadi, gaya tegangan tali yang bekerja pada balok tersebut adalah 50 Newton.
3.Sebuah bidang miring kasar membentuk sudut α = 600 terhadap sumbu vertikal. Suatu benda diletakkan di atas bidang miring tersebut dan benda tersebut diam. Berapakah nilai koefisien gesekan statis antara benda dengan bidang miring yang menyebabkan benda tersebut tertahan?
Pembahasan:
Besarnya sudut yang dibentuk bidang miring terhadap tanah:
Pada sumbu y, berlaku:
Pada sumbu x, berlaku:
4.Sebuah benda bermassa 40 kg ditarik melalui katrol sehingga memiliki posisi seperti yang diperlihatkan pada gambar (a) di bawah ini. Jika sistem itu diam, maka berapakah gaya F?
Penyelesaian:
Benda yang bermassa akan memiliki berat.
w = mg
w = 40 kg × 10 m/s2
w = 400 N
pada sistem itu bekerja tiga gaya yaitu w, F, dan T yang tidak segaris, sehingga menentukan resultannya dapat digunakan sumbu koordinat XY (metode analisis) seperti pada gambar (b) di atas. Sistem diam berarti berlaku Hukum 1 Newton sebagai berikut.
■ Pada sumbu-Y
ΣFy = 0
T sin 53o – w = 0
T(0,8) – 400 = 0
0,8T = 400
T = 400/0,8
T = 500 N
■ Pada sumbu-X
ΣFx = 0
F – T cos 53o = 0
F – (500)(0,6) = 0
F – 300 = 0
F = 300 N
Jadi, gaya F yang bekerja pada sistem tersebut adalah 300 Newton.
5.Pada gambar di bawah, jika percepatan gravitasi dan katrol memiliki gaya gesek terabaikan, maka untuk mengangkat beban bermassa 25 kg ke atas dengan kecepatan tetap diperluan gaya sebesar….
Pembahasan :
Besar gaya adalah
6.Benda bermassa 10 kg diikat tali dan dibentuk sistem seperti pada gambar (a) berikut ini. Jika sistem itu diam dan percepatan gravitasi g = 10 m/s2maka tentukan tegangan tali T1 dan T2!
Penyelesaian:
Berat benda adalah sebagai berikut.
w = mg
w = 10 kg × 10 m/s2
w = 100 N
Dengan menggunakan metode analisis sama seperti pada contoh soal sebelumnya di mana diagram gaya ditunjukkan pada gambar (b), maka resultan gaya yang bekerja pada sistem ini adalah sebagai berikut.
■ Pada sumbu-Y
ΣFy = 0
T1 sin 60o + T2 sin 30o – w = 0
T1 (1/2√3) + T2 sin (1/2) – 100 = 0
1/2√3 T1 + 1/2 T2 = 100
(Kedua ruas dikali 2)
√3 T1 + T2 = 200
T2 = 200 – √3 T1 ……….. pers. (a)
■ Pada sumbu-X
T2 cos 30o – T1 cos 60o = 0
T2 (1/2√3) – T1 (1/2) = 0
1/2√3 T2 – 1/2T1 = 0 ……….. pers. (b)
{subtitusikan persamaan (a) ke persamaan (b)}
1/2√3(200 – √3 T1) – 1/2T1 = 0
100√3 – 3/2T1 – 1/2T1 = 0
3/2T1 + 1/2T1 = 100√3
4/2T1 = 100√3
2T1 = 100√3
T1 = 50√3 N
Untuk memperoleh nilai T2, kita subtitusikan nilai T1 = 50√3 ke persamaan (a) sehingga kita peroleh nilai sebagai berikut.
T2 = 200 – √3 T1
T2 = 200 – √3(50√3)
T2 = 200 – 150
T2 = 50 N
Dengan demikian, nilai T1 dan T2 berturut-turut adalah 50√3 N dan 50 N.
Post terkait
Melepaskan Gaya Energi Kinetik: Menjelajahi Gerak dalam Gerak
Perbedaan antara Gaya dan Momentum: Konsep dan Pengaruhnya
Gaya Konservatif: Mengungkap Dinamika Energi