Dinamika Partikel (1)

DINAMIKA PARTIKEL


A.Pendahuluan
Apakah yang terjadi jika benda dikenai gaya? Pertanyaan ini merupakan pertanyaan yang pernah kita dengar pada pembahasan fisika sejak kita kelas VII. Bila benda dikenai gaya maka benda akan berubah bentuk, benda akan bergerak hingga benda akan berubah arah geraknya. Jawaban ini selintas sangat mudah bagi kita yang sudah duduk di kelas XI.
Dinamika merupakan salah satu bagian dari cabang fisika. Apakah bedanya dinamika dengan kinematika? Apakah hubungan dinamika dengan mekanika? Untuk lebih jelasnya mari kita perhatikan contoh dua kasus dibawah ini!
1.Seorang pelari dengan kecepatan awal 10 m/s memiliki percepatan 10 m/s2
2.Suatu benda bermassa 2 kg dikenai gaya sebesar 5 N sehingga benda bergerak dengan percepatan 0,5 m/s2
Kedua kasus tersebut menggambarkan dua hal yang sama dan dua hal yang berbeda. Apakah perbedaan dan persamaan kedua kasus tersebut? Bila kita jeli dalam menganalisa kedua kasus tersebut kita akan mendapatkan persamaan dan perbedaan dari dua kasus tersebut. Persamaan dari kedua kasus tersebut adalah sama-sama mengambarkan sesuatu yang bergerak. Apakah perbedaannya? Perbedaan ini merupakan hal yang menarik bagi kita. Perbedaan yang menonjol dari kedua kasus tersebut adalah kasus pertama menggambarkan benda yang bergerak namun hanya terfokus pada gerak itu sendiri tanpa memperhatikan faktor yang lainnya. Kasus kedua merupakan kasus yang lebih sempurna, pada kasus kedua ini selain kita memperhatikan gerak yang terjadi pada benda namun kita memperhatikan aspek lain dari gerak diantaranya faktor penyebab gerak berupa gaya maupun faktor benda itu sendiri misalnya massa benda.
Setelah kita membahas kinematika partikel pada materi sebelumnya pada bab ini kita membahas mengenai dinamika partikel yang meliputi segala seluk beluk mengenai gaya. Pada bab ini pembahasan hanya dibatasi pada gaya gesek, gaya gravitasi dan gaya pegas.
Apakah hal yang harus kita persiapkan sebagai bekal kita dalam mempelajari bab ini? Hal utama yang harus kita persiapkan adalah pemahaman kita mengenai hukum Newton yang melandasi dinamika partikel.

B.Gaya Gesek
Sebelum kita mempelajari materi ini, siapakah yang membeli sepatu satu bulan yang lalu? Siapakah yang membeli sepatu satu tahun yang lalu? Atau siapa yang merasa sepatunya sudah tidak baru lagi? Silahkan memperhatikan permukaan alas sepatu masing-masing! Apakah tebal permukaan alas sepatu kalian sama ketika baru membeli dengan sekarang? Apakah tingkat kekasarannya sama antar ketika membeli sepatu dengan sekarang?
Lebih nyaman mana ketika kalian berjalan dengan sepatu baru dibanding ketika berjalan dengan sepatu yang lebih halus pada lantai yang lincin? Tingkat kenyamanan dan keamanan sepatu sebanding dengan tingkat kekasaran sepatu kita terutama ketika berjalan pada lantai yang lincin. Semakin kasar alas sepatu kita maka semakin aman ketika berjalan pada lantai yang lincin. Hal ini disebabkan pada lantai lincin tingkat kerawanan tergelincir tinggi. Sepatu kasar bisa menurunkan tingkat kerawanan tergelincirnya kaki kita. Gaya apakah yang menyebabkan kita aman dari tergelincir pada lantai agak lincin? Apakah yang menyebabkan sepatu kita lebih cepat halus permukaan alasnya? Gaya ini merupakan gaya gesek yang bekerja dengan arah berlawanan dengan arah gerak benda dan bekerja ketika benda saling bersentuhan.

1.Gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis
Sebelum membahas kedua gaya tersebut sebaiknya perhatikan demonstrasi berikut!
Gaya Gesek Statis Dan Gaya Gesek Kinetis
Tujuan : 1. Membedakan gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis
2. Membedakan koefisisen gesek statis dan koefisien gesek kinetis
Alat dan Bahan : balok kayu, Benang, neraca pegas
Langkah kegiatan:
1.Guru menarik troli dengan menggunakan neraca pegas yang dikaitkan dengan benang
2.guru menarik troli dari kondisi diam hingga bergerak dengan gaya yang perlahan-lahan
3.Siswa memperhatikan demonstrasi guru sambil menulis angka yang tertera pada neraca pegas ketika guru menyebutkan dengan keras angka yang tertera pada neraca pegas
4.guru membahas mengenai besar gaya yang diperlukan untuk menarik troli dari diam hingga bergerak


Setelah memperhatikan demonstrasi ini, kamu akan mengetahui bahwa gaya gesek terdiri dari gaya gesek statis dan gaya geek kinetis. Gaya gesek statis dan gaya gesek kinetik memiliki berbagai perbedaan. Bila melihat gaya yang digunakan ketika kita menarik benda dapat digrafikkan sebagai berikut :







Berdasarkan grafik tersebut terlihat sebelum benda bergerak benda akan mengalami gaya gesek statis hingga bernilai maksimum hingga tepat akan bergerak. Ketika benda mulai bergerak, benda mengalami gaya gesek statis.
Perbedaaan apa saja yang terdapat pada kedua gaya gesek tersebut? Perbedaan antara gaya gesek kinetis dengan gaya gesek statis dapat kita lihat pada kegiatan demonstrasi kita tersebut. Perbedaaan tersebut antara lain :
No
Perbedaan
Gaya gesek kinetis
Gaya gesek statis
1
Kondisi Benda
bergerak
diam
2
Besar gaya
Relatif konstan
berubah
3
Komponen yang mempengaruhi
µk dan N
µs dan N
4
rumusan
Fk = µk.N
Fs ≤ µs.N
Berdasarkan perbedaan tersebut dapat disimpulkan bahwa gaya gesek statis bekerja pada benda diam hingga tepat akan bergerak sehingga besarnya sehingga besarnya gaya berubah hingga mencapai nilai maksimum yang diperlukan untuk menggerakkan benda. Jadi jika dirumuskan menjadi Fs ≤ µs.N. Berbeda dengan gaya gesek statis, gaya gesek kinetis merupakan gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak dengan besar gaya yang relatif konstan. Bila dirumuskan menjadi Fk = µk.N. Tanda persamaan pada kedua gaya gesek tersebut memiliki arti fisis yang harus diperhatikan. Apakah arti fisisnya? Pada gaya gesek kinetis arti tersebut menandakan besar gaya gesek tersebut relatif konstan dan pada gaya gesek statis besar gaya akan terus berubah hingga benda tepat akan bergerak atau bernilai maksimum.

2. gaya gesek pada bidang miring
Bagaimanakah gaya gesek pada bidang miring? Apakah bidang miring itu? Sebelum membahas lebih jauh tentang gaya gesek pada bidang miring sebaiknya kita melakukan kegiatan berikut.
Kegiatan 2

Tujuan : 1. menentukan nilai koefisien gesek kinetis bidang miring
2. menjelaskan pengaruh perubahan sudut terhadap percepatan jatuh benda
Alat dan Bahan: papan lintasan, beban, balok, katrol, mistar, tali, penyangga, stop watch
Prosedur :
1.Letakkan papan peluncur beserta penyangga dengan sudut tertentu
2.Letakkan balok diatas papan luncur dan ikat dengan tali
3.hubungkan tali dengan beban
4.usahakan tinggi beban terhadap lantai pada sudut berpapun tetap (h) dan massa beban tetap (m)
5.setelah terbentuk sudut kemiringan tertentu lepaskan beban dari ketinggian tertentu sehingga balok mulai tertarik mengikuti aarah tali penghubung
6.lakukan langkah ke-5 secara berulang dengan sudut yang berbeda
7.catat sudut pada kolom α, panjang lintasan pada kolom l, waktu yang diperlukan pada kolom t










m = …… g
h = …… cm
mbalok = … g

Berdasarkan hasil eksperimen kelompok anda bahaslah mengenai pengaruh sudut kemiringan benda terhadap gerak benda serta buatlah kesimpulan hasil eksperimen anda !
Berdasarkan kegiatan tersebut dapat disimpulkan bahwa pada posisi kemiringan berapapun besar koefisisen gesek kinetis tetap. Perubahan kemiringan benda meskipun mempengaruhi kecepatan gerak benda tetap tidak mempengaruhi koefisien gesek lintasan karena tingkat kekasaran benda tetap. Gaya yang bekerja pada bidang miring dapat diuraikan menjadi

Berdasarkan diagram tersebut terlihat bahwa pada bidang miring gaya gesek bekerja dengan arah berlawanan arah gerak sebagaimana pada bidang datar. Persamaan yang berlaku pada benda miring tersebut yaitu :
F = m.a
w sin  - fgs = m.a
w sin  - k.N = m.a
wsin  - kwcos  = m.a

*Arsip Tugas Kuliah