A. Identifikasi Jenis-jenis Gaya
1. Gaya Sentuh dan Gaya Tak Sentuh
Di
SD kamu telah mendefinisikan gaya sebagai
suatu tarikan atau dorongan yang dilakukan pada suatu benda.[1]Di
dalam keseharian kamu sering menarik benda dan mengangkat benda dengan
menggunakan otot-ototmu. Gaya-gaya seperti ini dinamakan gaya otot. Gaya otot termasuk gaya sentuh karena titik kerja gaya
otot langsung bersentuhan dengan benda.
Sentuhan
telapak tanganmu ke atas meja belajarmu, kemudian doronglah maju. Kamu akan
merasakan permukaan meja menggesek telapakmu. Ini adalah gaya gesekan yang dikerjakan permukaan meja pada telapakmu. Gaya
gesekan berarah sejajar dengan permukaan meja dan melawan arah dorong telapak
tanganmu.Gaya gesekan termasuk gaya sentuh karena melibatkan
persentuhan langsung antara telapak tanganmu dan permukaan meja.
Apel
yang berada di atas pohon tidak
bersentuhan dengan pusat Bumi, sehingga jatuh ke tanah. Gaya tarik pusat
Bumi sering disebut dengan gaya gravitasi bumi. Sisir plastic tidak menyentuh aliran yang keluar dari
sebuah keran, tetapi aliran air tersebut ditarik oleh gaya listrik sisir. Kedua magnet batang tidak saling bersentuhan, tetapi gaya magnet tolak-menolak antara dua kutub magnet yang sejenis
(kutub utara dan kutub utara) dapat menahan salah satu magnet batang tetap
diudara.
Ketiga
jenis gaya, yakni gaya gravitasi, gaya listrik, dan gaya magnet timbul,
walaupun kedua benda tidak bersentuhan secara
langsung. Gaya-gaya seperti ini dinamakan gaya tak sentuh.
Dari
contoh-contoh yang telah dijelaskan di atas, dapat disimpulkan bahwa gaya
sentuh adalah gaya yang timbul karena persentuhan langsung secara fisik
antara dua benda, sedangkan gaya tak sentuh adalah gaya yang
timbul walaupun dua benda tidak bersentuhan langsung secara fisik.[2]
2. Gaya Gesekan
a.
Gaya gesekan udara
Apakah
gaya gesekan bekerja ketika benda bergerak diudara? Kita telah mengetahui bahwa
gaya gesekan termasuk gaya sentuh dan selalu memperlambat gerak benda. Jadi,
jika gaya luar tidak diberika pada suatu benda tetapi gerak benda menjadi makin
lambat, dapat dipastikan pada benda itu bekerja gaya gesekan.
Siapkan dua lembar kertas
kuarto.Biarkan kertas pertama terbentang dan remas-remaslah kertas kedua hingga
berbentuk bulatan. Pada saat yang bersamaan jatuhkan kedua kertas itu dengan
ketinggian yang sama. Kertas manakah yang lebih lambat ketika di udara?Apa
penyebabnya?
Berat kedua kertas adalah sama,
tetapi pengamatan menunjukkan bahwa kertas terbentang bergerak lebih lambat di udara. Oleh karena itu,
kertas terbentang akan mendarat di lantai lebih belakangan.
Jika
gaya gesekan udara tidak bekerja pada kedua kertas maka kedua kertas akan jatuh
dengan kelajuan yang sama dan tiba di lantai pada saat yang bersamaan. Karena
faktanya tidak, pastilah gaya gesekan udara bekerja pada kedua kertas. Arah
gaya gesekan adalah vertikal ke atas karena gaya gesekan selalu berlawanan
dengan arah gerak. Dengan demikian, gaya gesekan udara yang bekerja pada kedua
kertas akan memperlambat gerak kedua kertas. Makin besar gaya gesekan udara
yang bekerja, makin lambat gerak kertas. Karena gerak jatuh kertas terbentang lebih lambat daripada kertas bulatan,
pastilah gaya gesekan udara pada kertas terbentang lebih besar daripada kertas bulatan.
Jika
diperhatikan secara seksama, luas bentangan kertas terbentang jauh lebih besar
daripada luas bentangan kertas bulatan. Oleh karena itu, dapat pula kita
simpulkan bahwa gaya gesekan yang bekerja ketika benda bergerak di udara
dipengaruhi oleh luas bentangan benda (luas
permukaan benda yang bersentuhan langsung dengan udara). Makin besar luas bentangan benda, makin besar gaya gesekan udara yang
bekerja pada benda.[3]
b.
Gaya gesekan pada permukaan air
Gaya
gesekan juga bekerja pada air. Faktanya, benda yang kita dorong di permukaan
air akhirnya akan berhenti. Benda berhenti karena pada benda bkerja gaya
gesekan oleh permukaan air yang arahnya berlawanan dengan arah gaya dorongmu.
c.
Gaya gesekan antarzat padat
Gaya
gesekan antarzat padat dapat kita ketahui melalui percobaan menarik balok kayu
yang ditempatkan pada permukaan kasar meja kayu dan pada balok dihubungkan
dengan neraca pegas.Percobaan ini juga dicobakan ketika balok kayu ditempatkan
pada permukaan yang lebih licin misalnya permukaan kaca dan pada bawah balok
diberi roda.
Dari
percobaan tersebut didapati bahwa ketika kita menarik balok dengan memperbesar
gaya tarikan secara berangsur, angka yang ditunjukkan neraca pegas mulai dari
nol dan memperbesar sesuai dengan besar gaya tarikanmu. Angka ini paling besar tepat saat balok akan
bergerak. Begitu balok bergerak, angka pada neraca berkurang.Akan tetapi, angka
ini cenderung tetap selama balok bergerak.
Kita dapat pahami bahwa ketika
balok masih diam, besar gaya gesekanbervariasi mulai dari nol sampai mencapai
nilai maksimum tertentu. Gaya gesekan
yang dialami benda ketika benda masih diam disebut gaya gesekan statis(diberi lambing fs).Gaya gesekan statis bervariasi mulai dari nol sampai nilai
maksimum tertentu. Nilai maksimum ini disebut gaya gesekan statis maksimum
(diberi lambing fsm). Jika gaya besar
tarikan melebihi gaya gesekan statis
maksimum maka benda akan bergerak. Ketika benda bergerak, neraca menunjukkan
angka yang lebih kecil daripada gaya gesekan statis maksimum. Gaya gesekan yang dialami benda ketika benda
bergerak disebut gaya gesekan kinetis
(diberi lambing fk). Gaya gesekan kinetis besarnya tetap, dan selalu lebih
kecil daripada gaya gesekan statis maksimum (fk < fsm).[4]
Pada saat balok tepat akan
bergerak atau saat balok telah bergerak, angka yang ditunjukkan neraca pegas
pada balok yang berada pada permukaan meja kayu lebih besar daripada yang
berada dipermukaan kaca. Ini menunjukkan bahwa gaya gesekan oleh permukaan
kasar lebih besar daripada gaya gesekan oleh permukaan halus. Dapat disimpulkan
bahwa besar gaya gesekan (baik statis
maksimum maupun kinetis) bergantung pada kekasaran atau kehalusan permukaan. Makin
kasar permukaan, makin besar gaya gesekannya. Sebaliknya, makin halus
permukaan, makin kecil gaya gesekannya.[5]
Pada saat balok tepat
bergerak, angka yang ditunjukkan neraca pegas pada balok beroda jauh lebih kecil daripada balok tanpa roda.
Ini menunjukkan bahwa besar gaya gesekan
pada benda beroda jauh lebih kecil daripada besar gaya gesekan pada benda tak
beroda. Gaya gesekan benda beroda disebut gaya gesekan rotasi. Gaya
gesekan rotasi jauh lebih kecil daripada gaya gesekan translasi(gaya gesekan
pada benda tak beroda) karena kontak permukaan benda beroda adalah kontak titik. Itulah sebabnya kendaraan
yang kita tumpangi, mulai dari delman, sepeda, smapai mobil selalu didukung
oleh roda.[6]
3. Gaya berat
Orang
awam sering menyamakan massa dan berat. Padahal, kedua istilah ini
berbeda.Massa (simbol m dari kata
“mass”) adalah ukuran jumlah materi yang dikandung oleh suatu benda. Karena
itu, massa tidak dipengaruhi oleh lokasi benda berada. Massa di manapun alam
semesta ini adalah tetap.Massa adalah besaran scalar (tidak memiliki arah), memiliki satuan kg, dan diukur dengan
neraca.
Berat
(simbol w, dari kata “weight”) adalah
gaya gravitasi yang bekerja pada benda. Berat benda di Bumi adalah gaya
gravitasi Bumi yang bekerja pada benda. Jelas bahwa berat dipengaruhi oleh
lokasi benda berada.
Ketika
kamu melompat, kamu selalu jatuh ke tanah karena gaya gravitasi Bumi. Karena
itu, gaya berat (atau berat) termasuk besaran vector, yang arahnya selalu tegak lurus permukaan menuju ke pusat
Bumi. Karena berat termasuk besaran gaya, berat diukur dengan dinamometer, dalam satuan newton.Hubungan antara berat dengan
massa dapat dinyatakan sebagai:
w = gm
Hasil bagi berat dengan massa yang bernilai tetap ini
dinamakan percepatan gravitasi (notasi
g). Percepatan gravitasi kira-kira
9,8 N/kg atau 9,8 m/s2.[7]
4. Gaya Setimbang
Gaya-gaya tidak selalu mengubah kecepatan. Gaya ini diperlihatkan pertandingan
tarik tambang. Kedua tim tersebut sama-sama mengerahkan gaya dengan arah
berlawanan. Bila kedua tim tersebut tidak bergerak, maka gaya yang dilakukan
kedua tim pada tali tersebut sama besar. Gaya yang menarik tali ke kiri
diimbangi dengan gaya yang menarik tali ke kanan. Gaya-gaya yang besarnya sama
dan arahnya berlawanan yang bekerja pada sebuah bendadisebut gaya-gaya
setimbang.[8]
5. Gaya Tak Seimbang
Pernahkah kamu menarik sebuah gerobak yangbermuatan?
Untuk membuat gerobak bergerak, kamu harusmenarik gerobak tersebut. Jika gaya
yang kamu kerahkantidak cukup besar, kamu mungkin meminta bantuantemanmu.
Temanmu mungkin akan menarik gerobak itubersamamu atau mendorongnya dari
belakang. Dua gayatersebut, yaitu gaya dari kamu dan temanmu akan bekerjapada
arah yang sama. Jika dua gaya bekerja pada arah yangsama, maka kedua gaya
itu dijumlahkan, seperti ditunjukkanpada Gambar a. Gaya total atau gaya resultan padagerobak tersebut sama
dengan jumlah kedua gaya itu. Jikagaya total pada suatu benda menuju ke arah
tertentu, gayatersebut disebut gaya-gaya tak setimbang.[9] Gaya-gaya taksetimbang
selalu mengubah kecepatan sebuah benda.Apabila temanmu mendorong gerobak dengan
arahyang berlawanan dengan arah gaya dorongmu, gaya-gayaitu digabung dengan
cara yang berbeda. Jika dua gaya
berlawanan arah, maka gaya
total kedua gaya tersebutmerupakan selisih kedua gaya. Jika satu gaya lebih
besardaripada gaya yang lain, gerobak itu akan bergerak ke arahgaya yang lebih
besar (Gambar c). Dalam hal ini temanmujelas tidak membantu kamu. Menurut
pendapatmu apa yangterjadi jika gaya dorongmu dan gaya dorong temanmu samadan
berlawanan arah, seperti Gambar b?
B.
Mengukur Gaya
Di dalam laboratorium, gaya diukur dengan menggunakan neraca
pegas atau dinamometer. Neraca pegas memiliki skala berupa angka yang
tertera di samping. Posisis jarum menunjukkan besar gaya. Jika jarum
menunjukkan angka 4 maka besar gaya sama dengan 4 newton. Satuan gaya dalam SI
adalah newton (disingkat N), untuk
menghormati Sir Isaac Newton (1642-1727).
Ia adalah ahli matematika dan ilmuwan besar yang menemukan hokum tentang gerak
dan gaya serta hokum gravitasi.[10]
C. Pengaruh Gaya pada Benda
Di SD pun kamu telah mengetahui bahwa ada empat
pengaruh gaya pada benda yang dikenai gaya, yaitu sebagai berikut:
1.
Benda diam menjadi bergerak. Misalnya, bola sepak yang diam di tanah
menjadi bergerak setelah kamu tendang.
2.
Benda bergerak menjadi diam. misalnya, bola basket yang dilempar ke
arahmu menjadi berhenti setelah kamu tangkap.
3.
Bentuk dan ukuran benda berubah. Misalnya, karet gelang yang kamu tarik,
bentuknya berubah dan ukuran panjangnya juga berubah.
4.
Arah gerak benda. Misalnya, bola sepak menuju ke arahmu berubah arahnya
setelah kamu tendang.[11]
D. Menggambar Sebuah Gaya
Ketika kamu menarik mobil-mobilan 6 N
ke kiri dan 6 N ke kanan, samakh pengaruhnya terhadap gerak mobil? Tentu tidak.
Gaya F = 6 N ke kiri menyebabkan mobil-mobilan bergerak ke kiri. Sedangkan gaya
F = 6 N ke kanan menyebabkan mobil-mobilan bergerak ke kanan. Jadi, gaya 6 N ke
kiri berbeda dengan gaya 6N ke kanan, walaupun besar kedua gaya ini sama.
Dapatlah kita katakana bahwa gaya adalah
suatu besaran yang selain memiliki besar, juga memiliki arah. Dalam fisika,
besaran yang memiliki besar dan arah disebut besaran vektor.
Karena gaya
termasuk besaran vektor, gaya dapat dilukiskan dengan diagram vektor, yang
berupa sebuah anak panah.Misalkan sebuah gaya F kita lukiskan dengan anak
panah OA seperti ditunjukan pada gambar. Anak panah memiliki titik tangkap O,
ujung A, panjang OA, dan arah dari O ke A. Titik tangkap anak panah menyatakan
titik dimana gaya F bekerja. Panjang anak panah menyatakan nilai atau besar
gaya, dan arah anak panah menyatakan arah gaya.[12]
E. Melukis Penjumlahan dan Selisih Gaya
Diberikan dua gaya F1 dan F2,
seperti ditunjukkan pada gambar. Penjumlahan gaya R = F1 + F2 dilukis dengan
menempuh langkah-langkah sebagai berikut: 1) Lukis salah satu gaya (missal F1),
2) Lukis gaya kedua (yaitu F2) dengan titik tangkapnya berimpit dengan ujung vektor
pertam, 3) Jumlah kedua gaya (F1 + F2)
adalah anak panah yang menghubungkan titik tangkap gaya pertama ke ujung gaya
kedua.
Cara melukis penjumlahan gaya dengan
langkah-langkah seperti ini disebut metode poligon. Secara matematis
kita dapat menuliskan selisih gaya F1 dan F2 menjadi penjumlahan gaya seperti
berikut.
S = F1 –F2 =
F1 + (-F2)
Dengan
–F2 adalah gaya yang besarnya sama dengan besar gaya F2, akan tetapi arahnya berlawanan. Dengan demikian,
cara melukis selisih gaya sama sperti cara melukis penjumlahan gaya, hanya gaya
kedua harus dibalik arahnya. Ini ditunjukkan pada gambar.[13]
F. Resultan Gaya
Dua atau lebih gaya yang bekerja
pada suatu benda dapat diganti oleh sebuah gaya. Gaya pengganti ini disebut resultan gaya (diberi lambing R). Jika
gaya F1 dan F2 bekerja pada suatu benda maka resultan gaya R dituliskan sebagai
R = F1 + F2. Tampak bahwa resultan gaya adalah nama lain dari jumlah gaya.
Dalam keseharian, resultan gaya R
dapat kita amati misalnya pada seseorang yang sedang memanah. Sesaat sebelum
pemanah melepaskan anak panah, pada anak panah bekerja dua gaya F1 dan F2,
seperti ditunjukkan pada gambar. Resultan gaya R = F1 + F2 dapat dilukis dengan
metode polygon, seperti ditunjukkan pada gambar. Didapati bahwa resultan gaya R
berarah mendatar ke depan. Itulah sebabnya saat pemanah melepaskan anak panah,
anak panah terlepas mendatar ke depan oleh resultan gaya R.[14]
[1]Kanginan Marthen, IPA Fisika 2 Untuk SMP Kelas VIII, (Jakarta: Erlangga, 2002), hlm.
2.
[2]Ibid.,
hlm. 3.
[3]Ibid.,
hlm. 4.
[4]Ibid.,
hlm. 6-7.
[5]Ibid.,
hlm. 7.
[6]Ibid.
[7]Ibid.,
hlm. 9-11.
[8]Anonim, Gaya dan Tekanan, (http://www.kelas-sains.com/2013/07/materi-ipa-viii-gaya-dan-tekanan-bse.html), Diunduh pada Tanggal 14 Oktober 2014 Pukul 14.30 WIB, hlm. 218.
[9]Ibid.,
hlm. 219.
[10]Kanginan Marthen, Op. Cit., hlm. 4.
[11]Ibid.,
hlm. 3.
[12]Ibid.,
hlm. 14.
[13]Ibid.,
hlm. 15-16.
[14]Ibid.,
hlm. 16-17.
No comments:
Post a Comment