Gaya dan Percepatan - IPA kelas VIII

Gaya dan Percepatan

1. Pengertian Gaya.

Adalah suatu berupa dorongan atau tarikan yang dapat menyebabkan perubahan pada bentuk benda, arah gerak benda, dan kecepatan gerak benda.

Atau dapat dikatakan bahwa sebuah gaya bisa menyebabkan sebuah benda dengan massa tertentu untuk merubah kecepatannya (termasuk untuk bergerak dari keadaan diam), atau berakselerasi, atau untuk terdeformasi (perubahan bentuk atau ukuran dari sebuah objek).

Alat yang digunakan untuk mengukur gaya dikenal dengan nama neraca pegas
(dinamometer).

2. Gaya terdiri atas:

a. Gaya sentuh.

Yaitu gaya yang terjadi akibat persentuhan antara benda-benda secara langsung. Sebagai contoh gaya sentuh adalah gaya otot, gaya mesin, gaya pegas.

b. Gaya tak sentuh.

Yaitu gaya yang terjadi bukan akibat dari akibat persentuhan langsung antara benda-benda. Sebagai contoh adalah gaya magnet, gaya listrik dan gaya gravitasi.

3. Resultan Gaya

Pengertian resultan gaya adalah perpaduan dua gaya atau lebih yang bekerja pada suatu benda yang meliputi gaya yang searah, gaya yang berlawanan arah dan gaya yang tegak lurus.

Macam-macam resultan gaya:

1. Gaya searah, cara perpaduannya adalah dengan dijumlahkannya.

        Gambaran gaya searah adalah sebagai berikut:

2. Gaya yang berlawanan arah, cara perpaduannya adalah dengan dikurangkannya.

        Gambaran gaya berlawanan adalah sebagai berikut:

3. Gaya yang tegak lurus arah perpaduannya adalah dengan pythagoras.

        Gambaran gaya tegak lurus adalah sebagai berikut:

4. Gaya yang tidak tegak lurus arah perpaduannya adalah dengan pythagoras.

        Gambaran gaya tidak tegak lurus adalah sebagai berikut:

4. Mengukur Gaya dan Satuan Gaya

Gaya adalah  sebuah besaran yang memiliki besar (nilai) dan arah, sehingga gaya termasuk dalam besaran vektor.

Dalam Ilmu Fisika, terdapat perjanjian tanda (konvensi) tentang arah positif dan arah negatif dari sebuah gaya. Gaya bernilai positif jika gaya itu mempunyai arah ke kanan atau ke atas, sedangkan gaya bernilai negatif jika gaya itu mempunyai arah ke kiri atau ke bawah.

Satuan Gaya dalam Standard Internasional (SI) adalah newton (disingkat N), sedangkan dalam satuan cgs adalah dyne (disingkat dn).

Hubungan antara newton dengan dyne adalah:

                        1 newton = 10⁵ dyne

1 newton adalah besar gaya yang dapat memberikan percepatan sebesar 1 m/s² pada benda bermassa 1 kg.

                        1 N = 1 kg m/s²

1 dyne adalah besar gaya yang dapat memberikan percepatan sebesar 1 cm/s² pada benda bermassa 1 g.

                        1 dyne = 1 g cm/s²

 

5. Macam-macam Gaya

Berdasarkan penyebabnya, gaya dapat dibedakan dalam berbagai macam. Macam-macam gaya tersebut sebagai berikut.

1. Gaya Otot adalah gaya yang dilakukan oleh otot-otot tubuh kita. Misalnya ketika kita menendang bola, maka kita mengerahkan gaya otot kaki kita. Gaya otot sangat fleksibel karena dikendalikan oleh koordinasi biologis pada manusia. Oleh karena itu, gaya otot bisa mendorong dan menarik.
2. Gaya Magnet adalah gaya yang diakibatkan oleh magnet. Misalnya ketika kita mendekatkan magnet batang pada paku besi. Paku besi akan tertarik dan menempel pada magnet batang. Gaya magnet bersifat menarik benda-benda yang terbuat dari besi.
3. Gaya Gravitasi Bumi adalah gaya yang diakibatkan oleh gaya tarik Bumi terhadap segala benda di permukaan Bumi. Adanya gaya gravitasi menyebabkan kita tetap dapat berdiri di atas permukaan Bumi dan tidak melayang-layang di udara.
4. Gaya Mesin adalah gaya yang dihasilkan oleh kerja mesin. Gaya mesin sangat membantu aktivitas kita. Misalnya gaya yang dihasilkan oleh kerja mesin derek dan kerja motor pada mesin kendaraan.
5. Gaya Listrik adalah gaya yang dihasilkan oleh muatan-muatan listrik. Gaya listrik misalnya terdapat pada sisir dan penggaris plastik yang telah digosok dengan rambut kering, sehingga dapat menarik sobekan kertas-kertas kecil. Sisir atau penggaris plastik yang telah digosok dengan rambut kering akan memiliki muatan listrik karena kelebihan elektron. Gaya listrik juga terjadi ketika batang kaca digosok-gosok dengan kain sutera kering karena kekurangan elektraon.
6. Gaya Pegas adalah gaya yang dihasilkan oleh kerja benda elastis. Contoh gaya pegas terdapat pada ketapel dan busur panah. Karet elastis pada ketapel dapat digunakan untuk melontarkan batu kecil. Tali pada busur panah dapat digunakan untuk melesatkan anak panah.

6. Gaya Gesek

Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat , melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas. Gaya gesek antara dua buah benda padat misalnya adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat dan cairan serta gas adalah gaya Stokes.

 

Gaya gesek dapat merugikan atau bermanfaat. Akan tetapi tanpa gaya gesek manusia tidak dapat berpindah tempat karena gerakan kakinya hanya akan menggelincir di atas lantai. Tanpa adanya gaya gesek antara ban mobil dengan jalan, mobil hanya akan slip dan tidak membuat mobil dapat bergerak. Tanpa adanya gaya gesek juga tidak dapat tercipta parasut.

Jenis-jenis gaya gesek

  1.   Gaya Gesek Statis

Gaya Gesek Statis adalah gaya yang bekerja saat benda diam hingga tepat saat benda akan bergerak. Sebagai contoh, GGS dapat mencegah kamu untuk tergelincir dari tempat kamu berpijak. GGS juga dapat mencegah benda meluncur ke bawah pada bidang miring.

  2.   Gaya Gesek Kinetis

Gaya gesek kinetis adalah gaya yang bekerja saat benda bergerak. Saat benda diam hingga tepat akan bergerak, gaya yang berkerja adalah GGS. Lalu, saat benda mulai bergerak maka gaya yang bekerja adalah GGK. Jika tidak terdapat GGK, maka suatu benda yang diberi gaya akan selalu melaju dan tidak akan berhenti karena tidak ada gaya gesek yang melambatkannnya, seperti di luar angkasa.

7. Gaya dan Percepatan

Percepatan atau akselerasi adalah perubahan kecepatan dalam satuan waktu tertentu. Akselerasi sebuah objek disebabkan karena gaya yang bekerja pada objek tersebut, seperti yang dijelaskan dalam Hukum Kedua Newton. Satuan SI untuk akselerasi adalah meter per sekon kuadrat (m/s²).

Rumus percepatan adalah:

        a = v_t – v₀ / t

di mana:

a adalah percepatan dengan satuan m/s²

v_t adalah kecepatan akhir dengan satuan m/s

v₀ adalah kecepatan awal dengan satuan m/s

t adalah waktu tempuh dengan satuan s

Percepatan adalah besaran vektor, sehingga percepatan memiliki besaran dan arah. Sebagai vektor, total gaya sama dengan hasil kali massa objek (besaran skalar) dan percepatannya. Umumnya, percepatan dilihat sebagai gerakan suatu objek yang semakin cepat ataupun lambat. Dengan kata lain, objek yang membelok (misalnya mobil yang sedang menikung)-pun memiliki percepatan juga.

8. Massa dan Berat Benda.

Massa (berasal dari Bahasa Yunani μάζα) adalah suatu sifat fisika dari suatu benda yang digunakan untuk menjelaskan berbagai perilaku objek yang terpantau. Dalam kegunaan sehari-hari, massa biasanya disinonimkan dengan berat. Namun menurut pemahaman ilmiah modern, berat suatu objek diakibatkan oleh interaksi massa dengan medan gravitasi.

Berat dari suatu benda adalah gaya yang disebabkan oleh gravitasi berkaitan dengan massa benda tersebut. Massa benda adalah tetap di mana-mana, namun berat sebuah benda akan berubah-ubah sesuai dengan besarnya percepatan gravitasi di tempat tersebut.

Hubungan antara Massa dan Berat benda adalah:

W = m.g   atau    g = W/m

W = m g {\displaystyle \!W=mg}

di mana:

g {\displaystyle \!g} g adalah percepatan gravitasi dengan satuan N/kg atau m/s²

m {\displaystyle \!m} m adalah massa benda dengan satuan kg

W {\displaystyle \!W} W adalah berat benda dengan Satuan SI (Sistem International) untuk berat adalah newton (N)

Dalam hal ini berat benda diartikan sebagai Gaya Berat (Berat) dan rumusnya merupakan persamaan rumus Gaya Normal (Gaya)

Rumus untuk Gaya Normal adalah:

        F = m.a  atau  a=F/m

di mana:

g {\displaystyle \!g} a adalah percepatandengan satuan N/kg atau m/s²

m {\displaystyle \!m} m adalah massa benda dengan satuan kg

W {\displaystyle \!W} F adalah Gaya dengan Satuan SI (Sistem International) adalah newton (N)

Sedangkan untuk Rumus untuk gaya Berat adalah:    

W = m.g   atau    g = W/m

W = m g {\displaystyle \!W=mg}

di mana:

g {\displaystyle \!g} g adalahpercepatan gravitasi dengan satuan N/kg atau m/s²

m {\displaystyle \!m} m adalah massa benda dengan satuan kg

W {\displaystyle \!W} W adalah berat benda dengan Satuan SI (Sistem International) untuk berat adalah newton (N)

9. Hukum Newton

Hukum newton merupakan suatu hukum yang ada dalam dunia fisika yang menggambarkan hubungan antara suatu gaya yang bergerak dikarenakan adanya sebab. Hal ini menjadi pondasi dalam mekanika klasik dalam hukum fisika dengan 3 jenis hukum yang ada.

Pada awalnya hukum newton dikemukakan oleh seorang ahli fisikawan dalam masanya yang namanya dijadikan sebagai nama dari hukum ini. Bernama lengkap Potret Sir Isaac Newton (1643 – 1722). Seorang Fisikawan asal eropa yang menemukan hukum gravitasi, gukum gerak, kalkulus, spektrun, serta teleskop pantul.

    1.   Hukum Newton I.

Bunyi Hukum Newton I : “Jika resultan gaya yang bekerja pada benda yang sama dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan tetap diam. Benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap lurus beraturan dengan kecepatan tetap“

∑F = 0

di mana:

Resultan gaya (Kg m/s2)

Dari pengalaman sehari-hari, kita bisa perhatikan bahwa meja yang bergerak karena kita dorong, cenderung untuk berhenti jika kita tidak dorong terus menerus.Meja akan bergerak secara perlahan untuk kemudian berhenti setelah kita tidak dorong lagi. Faktor yang meyebabkan berhentinya meja tersebut adalah gaya gesek antara meja dengan lantai dan udara. Jika lantai tersebut diberi pelumas atau oli, maka kita  bisa mengurangi atau menghilangakan faktor yang menyebabkan meja berhenti, sehingga kita dapat mendorong meja dengan sedikit gaya dan meja dapat bergerak lebih jauh sebelum berhenti.

    2.   Hukum Newton II.

    Bunyi Hukum Newton II : “Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya”.

F = m a

di mana:

F = gaya (N)
m = massa benda (Kg)
a = percepatan (m/s2)

Pada batu yang dilempar ke atas akan bekerja sebuah gaya yang disebut gaya gravitasi. Pada saat batu bergerak tegak lurus vertikal ke atas, gaya gravitasi akan membuat batu tersebut mengalami perlambatan. Batu bergerak makin lambat dan akan berhenti di titik tertinggi. Gaya gravitasi inilah yang akhirnya membuat batu jatuh ke bawah. Gerak batu ke bawah makin lama makin cepat karena gaya gravitasi.

    3.   Hukum Newton III.

Bunyi Hukum Newton III : “Setiap aksi akan menimbulkan reaksi, jika suatu benda memberikan gaya pada benda yang lain maka benda yang terkena gaya akan memberikan gaya yang besarnya sama dengan gaya yang diterima dari benda pertama, tetapi arahnya berlawanan“.

                F­­­_aksi = F_reaksi

Jika kita banting sebuah kelereng ke atas meja, maka meja akan memberikan gaya reaksi dengan memantulkan kelereng kembali akibat gaya aksi yang diberikan kelereng ke meja.