Gaya

1. PENGERTIAN GAYA

Gaya didefinisikan sebagai suatu tarikan atau suatu dorongan yang dikerahkann sebuah benda terhadap benda lain. Pengaruh gaya pada benda antara lain sebagai berikut:

1. Menyebabkan perubahan kecepatan gerak benda.

2. Menyebabkan benda diam menjadi bergerak dan sebaliknya.

3. Mengubah arah gerak benda.

4. Mengubah bentuk suatu benda.

2. GAYA SENTUH DAN TAK SENTUH

• Gaya Sentuh

Gaya sentuh adalah gaya yang bekerja pada suatu benda dengan melalui sentuhan pada permukaan benda tersebut.

• Contoh: gaya sentuh antara lain seorang anak yang mendorong meja, seorang ibu yang mengangkat barang belanjaannya, seorang anak yang mengayuh sepeda, dan pemain basket yang melempar bola basket (gaya otot).

• Gaya tak sentuh

Gaya tak sentuh dapat didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada benda tanpa menyentuh benda tersebut.

• Contoh: Jika kamu melepaskan kapur dari ketinggian tertentu, maka kapur itu akan jatuh ke bawah, ditarik oleh gaya gravitasi Bumi. Gaya gravitasi termasuk gaya tak sentuh, karena tanpa harus melalui sentuhan kapur dan Bumi. Gaya listrik dan gaya magnet adalah contoh lain gaya tak sentuh.

3. HUKUM – HUKUM GAYA

Pada tahun 1687, Sir Isaac Newton, ilmuwan Fisika berkebangsaan Inggris, berhasil menemukan hubungan antara gaya dan gerak. Dari hasil pengamatan dan eksperimennya, Newton merumuskan tiga hukum mengenai gaya dan gerak yang dikenal dengan Hukum I Newton, Hukum II Newton, dan Hukum III Newton. Nah, agar kamu lebih memahami ketiga hukum Newton tentang gerak, mari mempelajari uraian berikut:

1. Hukum 1 Newton

Hukum pertama Newton tentang gerak menyatakan bahwa “sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan tetap akan terus bergerak dengan kecepatan tersebut kecuali ada gaya resultan bekerja pada benda itu. Jika sebuah benda dalam keadaan diam, benda tersebut tetap diam kecuali ada gaya resultan yang bekerja pada benda itu.” Hukum I Newton juga menggambarkan sifat benda yang selalu mempertahankan keadaan diam atau keadaan bergeraknya yang dinamakan inersia atau kelembaman. Oleh karena itu, Hukum I Newton dikenal juga dengan sebutan Hukum Kelembaman.

• Contoh: Kita terdorong ke depan ketika bus tiba- tiba direm atau terdorong ke belakang ketika bus bergerak maju secara mendadak.

∑F = 0

2. Hukum 2 Newton

Newton merumuskan Hukum II Newton sebagai berikut: “Percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan resultan gaya dan berbanding terbalik massa benda.”

Keterangan:

F = resultan gaya (Newton).

m = massa benda (kg).

a = percepatan benda (Newton/kg).

3. Hukum 3 Newton

Hukum 3 Newton menyatakan bahwa: “Jika kamu memberikan gaya pada suatu benda (gaya aksi), kamu akan mendapatkan gaya yang sama besar, tetapi arahnya berlawanan (gaya reaksi) dengan gaya yang kamu berikan.”

F _aksi = – F _reaksi

Gaya aksi dan reaksi tersebut memiliki besar yang sama, tetapi berlawanan arah dan bekerja pada dua benda yang berbeda.

• Contoh: penyelam dapat berenang di dalam laut karena kaki dan tangan penyelam mendorong air ke belakang (gaya aksi) sehingga badan penyelam terdorong ke depan sebagai gaya reaksi.

4. JENIS – JENIS GAYA

1. Gaya Normal

Sebuah benda yang diletakkan di atas meja memiliki resultan gaya sama dengan nol, tetapi bukan berarti tidak ada gaya yang bekerja padanya. Pada benda tersebut ada dua gaya yang saling berlawanan, seperti terlihat pada Gambar 1. Gaya yang arahnya ke bawah terjadi akibat benda tersebut mengalami gaya yang dilakukan oleh pusat bumi, sedangkan gaya ke atas diberikan oleh meja akibat benda tersebut mengerjakan gaya pada meja. Apakah kedua gaya tersebut aksi-reaksi? Tentu bukan, karena gaya ke atas bukan diberikan oleh gaya ke bawah. Gaya yang diberikan meja terhadap benda dengan arah tegak lurus permukaan disebut gaya normal (N). Apabila kamu gambarkan seluruh gaya yang bekerja pada benda, akan terlihat seperti Gambar 2. Pasangan aksi-reaksi yang terjadi sebagai berikut:

1. Gaya aksi diberikan bumi pada benda (w) menimbulkan gaya reaksi dari benda ke pusat bumi (w' ). Jadi, pasangan aksi reaksinya:

w = – w'

2. Gaya aksi yang diberikan oleh benda pada meja (N) menimbulkan gaya reaksi yang diberikan meja pada benda (N) yang disebut gaya normal.

N = – N '

1. Gaya Tegang Tali

Sebuah bola yang digantungkan melalui sebuah tali menimbulkan adanya gaya tegangan pada tali yang disebut gaya tegang tali (T). Perhatikan Gambar 3. Berdasarkan Gambar 3, w adalah gaya berat bola yang dikerjakan bumi pada bola tersebut, sedangkan T1 adalah gaya tegang tali yang dikerjakan tali pada bola. w dan T1 bukan pasangan aksi reaksi karena kedua gaya tersebut bekerja pada sebuah benda yang sama, yaitu bola. Jadi, gaya apakah pada peristiwa tersebut yang merupakan gaya aksireaksi? Marilah lihat gaya yang lainnya. w' adalah gaya tarik benda pada bumi, sedangkan T2 adalah gaya tegangan tali pada atap. T2' adalah gaya tarik atap pada tali. T1' adalah gaya tarik bola pada tali. Pasangan aksi reaksi pada kejadian tersebut adalah sebagai berikut.

1. Gaya aksi yang dikerjakan pusat bumi pada bola (w) dan gaya reaksi yang dikerjakan bola pada pusat bumi (w').

w = – w'

2. Gaya aksi yang dikerjakan tali pada bola (T1) dan gaya reaksi yang dikerjakan bola pada tali (T1').

T1 = –T1'

3. Gaya aksi yang dikerjakan tali pada atap (T2) dengan gaya reaksi yang dikerjakan atap pada tali (T2').

T2 = –T

1. Gaya Berat

Gaya berat adalah gaya yang dialami benda karena benda berada dalam medan gravitasi bumi. Melukiskan gaya berat, dari pudat benda menuju pusat bumi.

w = m × g

w = berat benda (N)

m = massa benda (kg)

g = konstanta gravitasi atau percepatan gravitasi (N/kg)

Contoh:

Massa Ani, Dewi, dan Anggun berturut-turut adalah 45 kg, 40 kg, dan 50 kg. Jika percepatan gravitasi bumi 9,8 N/kg, hitunglah berat Ani, Dewi, dan Anggun!

Jawab:

Berat Ani: w = m × g

= 45 kg × 9,8 N/kg

= 441 N

Berat Dewi: w = m × g

= 40 kg × 9,8 N/kg

= 392 N

Berat Anggun: w = m × g

= 50 kg × 9,8 N/kg

= 490 N

Perlu diingat bahwa berat dipengaruhi oleh percepatan gravitasi sehingga berat astronot di planet Mars berbeda dengan berat astronot ketika ada di bumi. Berbeda halnya dengan massa, massa benda tidak dipengaruhi oleh percepatan gravitasi sehingga massa astronot ketika di bumi sama dengan massa astronot ketika di planet Mars.

Contoh:

Massa sebuah batu di bumi 20 kg. Jika percepatan gravitasi bumi 9,8 N/kg dan percepatan gravitasi bulan seperenam percepatan gravitasi bumi. Berapakah berat batu yang hilang ketika dibawa ke bulan?

Jawab:

Massa di bumi sama dengan massa di bulan, m_Bumi = m_Bulan = 20 kg

percepatan gravitasi bumi, g_Bumi = 9,8 N/kg

percepatan gravitasi bulan, g_Bulan = × 9,8 N/kg = 1,6 N/kg

berat batu di bumi, w_Bumi = m_Bumi × g_Bumi

= 20 kg × 9,8 N/kg = 196 N

berat batu di bulan, w_Bulan = m_Bulan × g_Bulan

= 20 kg × 1,6 N/kg = 32 N

Jadi, batu kehilangan berat sebesar = 196 N – 32 N = 164 N

Percepatan oleh Gravitasi

Di dekat permukaan Bumi, gravitasi menyebabkan semua benda jatuh dipercepat sebesar 9,8 m/s2,. Jika demikian, berapakah gaya gravitasi yang bekerja pada benda itu? Gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda disebut juga berat benda itu. Sesuai dengan hukum kedua Newton, gaya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

F = m × a.

Berat suatu benda, w, adalah gaya gravitasi F yang bekerja pada massa benda tersebut. Oleh karena itu, kita dapat mengganti F dengan w dan menuliskan

w = m × a.

Di permukaan bumi, percepatan oleh gravitasi adalah 9,8 m/s2, sehingga:

w = m × 9,8 m/s2.

Berarti benda dengan massa 1 kg, beratnya di permukaan bumi 9,8 kg m/s2 atau 9,8 N. Kamu dapat menghitung beratmu dalam newton jika kamu mengtahui massa tubuhmu. Sebagai contoh, jika massa tubuhmu 50 kg, maka berat badanmu 490 N. Ingatlah bahwa pembahasan ini hanya berlaku untuk benda jatuh bebas, yakni benda yang dilepaskan dari ketinggian tertentu dan hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Pada saat dilepaskan kecepatan benda tersebut sama dengan nol. Jika benda dilempar ke bawah, benda tersebut dipengaruhi oleh gravitasi dan gaya ke bawah dari ayunan tangan. Oleh karena itu pada saat benda tersebut dilempar ke bawah, percepatan ke bawah benda itu lebih besar daripada 9,8 m/s2.

2. Gaya Gesek

Gaya gesek adalah gaya yang melawan gerakan antara dua permukaan yang saling bersentuhan. Kekasaran atau kehalusan bentuk permukaan dapat memengaruhi besar gaya gesekan. Semakin kasar bentuk permukaan, semakin besar gaya gesekannya. Sebaliknya, semakin halus bentuk permukaan, semakin kecil gaya gesekannya. Gaya gesek termasuk gaya sentuh karena hasil persentuhan langsung dua permukaan yang bergesekan. Arah gaya gesek selalu melawan kecenderungan geraknya. Apakah keuntungan atau kerugian gaya gesek bagi manusia? Gaya gesek yang dapat menguntungkan manusia adalah sebagai berikut:

• Akibat dari adanya gaya gesek, kamu dapat berjalan di atas tanah dengan nyaman. Jika tidak ada gaya gesek, mustahil kamu dapat berjalan karena kamu pasti tergelincir.

• Gaya gesekan antara ban mobil dengan jalan membuat mobil dapat bergerak dengan baik. Jika tidak ada gaya gesek, mobil tidak dapat bergerak dengan baik karena mobil tersebut pasti tergelincir.

• Gaya gesek dapat dimanfaatkan pula pada rem kendaraan. Dengan adanya gaya gesekan antara karet rem dan roda kendaraan, maka kamu dapat mengurangi atau menghentikan gerak kendaraan.

Kerugian gaya gesek bagi manusia adalah sebagai berikut:

• Gaya gesekan pada bagian-bagian yang ada dalam mesin mobil atau motor dapat menimbulkan panas yang berlebihan. Hal ini dapat menyebabkan mesin mobil cepat rusak. Untuk mengatasi hal ini mesin diberi oli agar gesekan antara bagian-bagian mesin lebih kecil.

• Gesekan antara ban mobil dan jalan menyebabkan ban mobil cepat aus. Selain itu, gesekan ini dapat menghambat gerak mobil sehingga mobil tidak dapat bergerak dengan kelajuan tinggi.

• Gesekan antara air laut dan kapal laut dapat menghambat gerak kapal laut. Untuk mengatasi hal ini, ujung kapal laut dibuat lancip sehingga gesekan antara kapal laut dan air laut dapat diperkecil.

• Gesekan Statis

Gaya gesek statis adalah gaya gesek yang terjadi pada saat benda masih diam. Jika kamu menarik dengan gaya 10 N dan balok tepat akan bergerak, besar gaya gesek adalah 10 N dan disebut dengan gaya gesek statis maksimum. Ketika kamu menariknya dengan gaya 6 N dan balok belum bergerak, besarnya gaya gesek statis adalah 6 N (belum mencapai maksimal).

• Gesekan Kinetis

Gaya gesek kinetis adalah gaya yang terjadi pada saat benda bergerak. besar gaya gesek kinetis lebih kecil daripada gaya gesek statis maksimum.

Disusun Oleh:

Adelina Verawati