Dinamika Partikel

College Loan Consolidation Monday, March 30th, 2015 - Fisika Kuliah

Dinamika Partikel

Dinamika partikel merupakan ilmu yang membahas tentang gaya-gaya yang menyebabkan suatu partikel yang pada mulanya diam menjadi bergerak, atau yang mempercepat atau memperlambat gerak suatu partikel.

Advertisment

Hubungan Massa Dengan Dinamika Partikel

Massa adalah ukuran inersia suatu benda. Makin besar massa yang dimiliki sebuah benda, maka makin sulit merubah keadaan geraknya. Lebih sulit menggerakkannya dari keadaan diam atau memberhentikannya pada waktu sedang bergerak, bahkan sulit merubah gerakannya untuk keluar dari lintasannya yang lurus. Sebuah truk misalnya, akan memiliki inersia yang lebih besar jika dibandingkan dengan sebuah mobil sedan, dan truk itu lebih sulit untuk dipercepat ataupun diperlambat geraknya. Dalam satuan SI, satuan massa adalah kilogram (kg).

Istilah massa dan berat merupakan dua istilah yang berbeda. Jika massa adalah jumlah zat dari suatu benda, maka berat adalah gaya, yaitu gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda. Sebagai contoh misalnya sebuah benda di bawa ke Bulan. Maka benda tersebut akan mempunyai berat seperenam dari beratnya di bumi, karena gaya gravitasi di bulan lebih lemah, tetapi massa benda tersebut akan tetap sama. Benda tersebut akan tetap memiliki jumlah zat yang sama dan inersia yang sama.

Jenis-Jenis Gaya Dalam Dinamika Partikel

Gaya

Jika kita mendorong atau menarik sebuah benda , maka dapat dikatakan bahwa kita melakukan gaya kepada benda tersebut. Tetapi gaya juga dapat dilakukan oleh bendabenda mati. Seperti pegas yang regang akan melakukan gaya kepada benda-benda yang dikaitkan ke ujung-ujungnya, atau sebuah lokomotif akan melakukan gaya kepada deretan gerbong-gerbong yang sedang ditariknya.

Sebuah gaya memiliki arah dan besar, sehingga gaya merupakan vektor yang mengikuti aturan-aturan penjumlahan vektor. Gaya dapat dinyatakan dengan sebuah garis yang bertanda panah di ujungnya sebagai arah dari gaya tersebut sedangkan panjang garis menyatakan besar gaya tersebut. Dalam satuan SI, satuan gaya adalah Newton (N) atau kg.m/s2.

Gaya Gravitasi

Benda-benda yang dijatuhkan di dekat permukaan bumi akan jatuh dengan percepatan yang sama yaitu sebesar percepatan gravitasi (g = 9,8 m/s2 = 9,8 N/kg dalam satuan SI), jika hambatan udara dapat diabaikan. Gaya yang menyebabkan percepatan ini disebut dengan gaya gravitasi (FG). Maka dapat dikatakan bahwa gaya gravitasi merupakan gaya yang dilakukan oleh bumi terhadap setiap benda yang berada di dekatnya.

Hukum gravitasi menyatakan bahwa gaya antara dua partikel yang mempunyai massa m1 dan m2 dan terpisah oleh jarak r adalah suatu gaya tarik menarik sepanjang garis yang menghubungkan kedua partikel tersebut dan mempunyai besar :

FG = G\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}

Dimana :

FG = Gaya tarik-menarik antara kedua benda (N)
G = Tetapan gravitasi (6,673 x 10-11 Nm2/kg-2)
m1, m2 = Massa benda 1 (Kg)
r = jarak antara kedua benda (m)

Dinamika PartikelGaya Gravitasi

Jika m1 diasumsikan sebagai massa bumi (M) dan m2 sebagai massa benda m yang berada disekitar bumi dan memiliki jarak r dari titik pusat bumi, maka gaya tarik oleh bumi pada benda tersebut adalah :

W = F = G\frac {Mm}{r^{2}}

gravitasi yang bekerja antara bumi dengan benda.. Arah gaya berat selalu ke bawah menuju pusat bumi (gambar diatas). Gaya berat pada sebuah benda besarnya :

W = mg

Sehingga percepatan gravitasi g dapat dituliskan sebagai :

g = G\frac {M}{r^{2}}

Gaya Normal

Gaya normal (N atau FN) merupakan gaya yang timbul jika dua buah benda saling bersentuhan. Arah gaya normal selalu tegak lurus terhadap permukaan yang bersentuhan (bidang singgung) dengan benda tersebut (gambar dibawah). Besar kecilnya gaya normal tergantung pada besar kecilnya gaya tekanan terhadap permukaan kontak (bidang singgung). Jadi jika tangan kita menekan permukaan sebuah meja dengan gaya tekan yang besar, maka gaya normal yang ditimbulkan akan besar. Sedangkan jika kita menekan dengan lembut, maka gaya normal yang ditimbulkan juga akan kecil.

Gaya normalGaya normal

Gaya Gesek

Sebuah benda yang diluncurkan di atas suatu permukaan rata horizontal, maka lajunya akan berkurang dan akhirnya berhenti. Jelas bahwa suatu gaya dalam arah horizontal bekerja pada benda tersebut, dimana arah gaya tersebut berlawanan dengan gerak benda. Gaya ini biasa disebut sebagai gaya gesek (f) yang bekerja pada benda tersebut dan disebabkan oleh permukaan itu.

Gaya gesek terjadi jika dua buah benda bergesekan, yaitu permukaan kedua benda tersebut saling bersinggungan pada waktu benda yang satu bergerak terhadap benda yang lainnya dan sejajar dengan permukaan yang saling bersinggungan tersebut. Arah gaya gesek selalu berlawanan arah dengan arah gerak dari benda yang bergerak (Gambar dibawah). Jadi jika sebuah balok bergerak dari kiri ke kanan di atas sebuah lantai, maka sebuah gaya gesek dengan arah ke kiri akan bekerja pada balok tersebut.

Gaya gesek

Gaya gesek yang bekerja antara dua permukaan yang berada dalam keadaan diam relatif satu dengan lainnya disebut dengan gaya gesek statik (fs). Gaya gesek statik maksimum adalah gaya terkecil yang menyebabkan benda bergerak. Untuk permukaan yang kering dan tidak diberi pelumas, diperoleh bahwa gaya gesek statik maksimum diantara dua permukaan tidak bergantung pada luas permukaan kontak yang saling bergesekan, tetapi sebanding dengan besarnya gaya normal diantara kedua benda yang saling bergesekan (gambar c diatas)

fs ≤ μs N

Dimana μs = koefisien gesek statik. Tanda sama dengan pada persamaan di atas berlaku jika fs mencapai besar maksimum. Sekali benda mulai bergerak, gaya gesek yang bekerja akan berkurang besarnya sehingga untuk mempertahankan gerak lurus beraturan dibutuhkan gaya yang lebih kecil. Gaya yang bekerja diantara dua permukaan yang saling bergerak relatif disebut gaya gesek kinetik (fk). Untuk permukaan yang kering dan tidak diberi pelumas, diperoleh bahwa gaya gesek kinetik tidak bergantung pada luas permukaan kontak atau pada kecepatan relatif antara kedua permukaan yang saling bersinggungan, tetapi sebanding dengan besarnya gaya normal diantara kedua benda yang saling bergesekan (gambar d diatas). Dimana μk = koefisien gesek kinetik.

fk = μk N

Pada gambar a diatas  tampak sebuah balok terletak diam di atas pemukaan horizontal dalam keadaan setimbang di bawah pengaruh berat W dan gaya P ke atas yang dilakukan permukaan terhadapnya. Jika seutas tali diikatkan pada salah satu sisi balok (seperti pada gambar b diatas), lalu diberi gaya pada tali itu tetapi tidak terlalu besar sehingga balok masih tetap diam. Gaya P yang dilakukan oleh permukaan terhadap balok miring ke kiri. Karena gaya P, T dan W harus konkuren, maka komponen gaya P yang sejajar dengan permukaan disebut dengan gaya gesek statis (fs) dan komponen yang tegak lurus terhadap permukaan disebut gaya normal (N) yang dilakukan permukaan kepada balok (gambar b diatas). Berdasarkan syarat kesetimbangan, maka fs sama dengan T dan N sama dengan W. Jika T diperbesar terus, maka balok akan mulai bergerak pada suatu nilai T tertentu dan dengan kata lain fs berada pada nilai maksimum (gambar c diatas). Jika T diperbesar lagi sehingga balok tidak lagi setimbang, tetapi sudah bergerak. Maka gaya gesek mulai berkurang (gambar b diatas).

Konstanta μs dan μk adalah besaran tanpa satuan. Biasanya μs > μk untuk dua permukaan tertentu. Nilai kedua koefisien itu bergantung pada sifat kedua permukaan gesek. Semakin kasar suatu permukaan, maka nilai koefisiennya juga semakin besar dan nilainya akan kecil jika permukaannya licin. Biasanya nilainya lebih kecil dari 1, meskipun mungkin lebih besar dari satu.

Koefisien gesekanKoefisien gesekan suatu benda dalam dinamika partikel.

Mari berdiskusi tentang "Dinamika Partikel"

free web tracker