Gaya

Gaya didefinisikan sebagai suatu tarikan atau dorongan. Jika sebuah benda dikenai gaya, maka ada beberapa kemungkinan yang terjadi pada benda tersebut, yaitu:

1. Benda diam menjadi bergerak
2. Benda bergerak menjadi diam
3. Bentuk dan ukuran benda berubah
4. Arah gerak benda berubah

Gaya yang titik kerja gayanya tidak bersentuhan langsung dengan benda yang mengalami gaya disebut gaya tak sentuh/gaya medan (field force). Contoh gaya tak sentuh adalah gaya gravitasi, gaya listrik, dan gaya magnet.
Sedangkan gaya yang titik gayanya bersentuhan langsung dengan benda disebut gaya sentuh. Contoh gaya sentuh adalah gaya otot, gaya gesekan, gaya mesin, gaya normal.
Alat untuk mengukur gaya dapat digunakan neraca pegas atau dinamometer.
Gaya merupakan besaran vektor, artinya memiliki nilai dan arah. Sebuah gaya dapat dilukiskan dengan sebuah anak panah. Panjang anak panah menunjukkan besarnya gaya dan arah anak panah menunjukkan arah gaya.

Resultan Gaya

Resultan gaya dapat berupa penjumlahan dua buah gaya atau lebih yang searah, atau juga berupa selisih dua buah gaya atau lebih yang berlawanan arah (dapat berupa jumlah atau selisih beberapa buah gaya).
Resultan dua buah gaya dapat dinyatakan dengan cara poligon atau dengan cara analitis.

Cara Poligon

Contoh:

Dua buah gaya  F₁ dan F₂ seperti ditunjukkan pada gambar. Tentukan resultan dari :

1. F₁ + F₂
2. F₁ - F₂

Langkah penyelesaian:

1. Lukis kembali gaya yang ditulis pertama
2. Lukis gaya kedua dengan titik tangkapnya berada pada ujung gaya pertama
3. Resultan kedua vektor gaya adalah anak panah yang menghubungkan titik tangkap vektor gaya pertama dengan ujung vektor gaya kedua.

Jawab:

Cara analitis

Pada cara analitis, resultan dua buah gaya atau lebih diperoleh dari jumlah atau selisih gaya-gaya tersebut. Jika terdapat beberapa buah gaya, maka gaya-gaya yang berlawanan arah dengan gaya lainnya diberi nilai negatif.
Contoh:

F₁ = 50 N ke kanan dan F₂ = 40 N ke kiri, tentukan resultan kedua gaya tersebut!
Jawab:
R = F₁+F₂
R = 50 + (-40)
R = 50 - 40
R = 10 N ke kanan
Jika resultan dua buah gaya atau lebih bernilai 0 (nol), maka gaya-gaya tersebut dikatakan seimbang. Jadi keseimbangan benda adalah keadaan ketika dua gaya yang sama besar, segaris dan berlawanan arah.
Keseimbangan benda dibedakan menjadi keseimbangan statis dan kesetimbangan dinamis. Kesetimbangan statis adalah gaya-gaya yang sama besar, segaris, dan berlawanan arah yang bekerja pada benda yang sedang diam, misal pada batu yang sedang digantung pada seutas tali, pada buku yang terletak di atas meja dan sebagainya.
Kesetimbangan dinamis adalah gaya-gaya yang sama besar, segaris, dan berlawanan arah yang bekerja pada sebuah benda yang sedang bergerak, misal pesawat dan mobil yang bergerak pada kecepatan konstan.

Hukum Newton

Sumber: Wikipedia

Newton adalah seorang fisikawan abad 17 - 18 yang mengembangkan hukum Newton I, II, dan III.

Hukum inilah yang menjelaskan pengaruh gaya pada pergerakan benda.

Hukum Newton I (Hukum Inersia/Kelembaman) 

Hukum Newton I menyatakan bahwa benda memiliki sifat kelembaman. Artinya benda akan mempertahankan kedudukan dan kecepatannya (diam ataupun bergerak), kecuali ada gaya yang bekerja untuk mengubahnya. Persamaan matematisnya bisa dirumuskan sebagai berikut:

 Hal ini berlaku jika diamati di kerangka inersia (pengamat bergerak dengan kecepatan tetap).

Bukti dan penerapan Hukum Newton I:

• Ketika kendaraan digas, penumpang di dalamnya akan terdorong ke belakang.

Suatu bis diam. Lalu bis tiba-tiba bergerak. Maka tubuh kita berusaha untuk tetap diam di tempat, sedangkan bis maju, sehingga seolah-olah tubuh kita terdorong ke belakang.

Sumber: www.fisikabc.com

• Ketika kendaraan mengerem, penumpang di dalamnya akan terdorong ke depan.

Suatu bis bergerak dengan kecepatan tetap (katakanlah 20 m/s). Lalu bis tiba-tiba berhenti. Maka tubuh kita berusaha untuk tetap bergerak dengan kecepatan 20 m/s sedangkan bis diam, sehingga seolah-olah tubuh kita terdorong ke depan.

Hukum Newton II

Hukum Newton II menyatakan bahwa sebuah benda yang mengalami gaya resultan akan mengalami percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya dan besarnya berbanding lurus terhadap gaya dan berbanding terbalik terhadap massa sehingga secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

ΣF = resultan gaya (N)
m = massa (kg)
a = percepatan (m/s²)
1 N = 1 kg m/s²

Bukti dan penerapan:

Batu yang bermassa sangat besar tidak dapat digerakkan, sedangkan batu bermassa kecil bisa dilempar.

Hukum Newton III

Hukum Newton III menyatakan jika benda A memberikan aksi berupa gaya pada benda B sebesar F, maka B akan memberikan reaksi pada A sebesar -F. Sehingga aksi dan reaksi yang terjadi besarnya sama, tetapi arahnya berbeda. Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

Bukti dan penerapan:

• Dinding

Seorang anak mendorong dinding ke depan. Maka dinding akan memberikan gaya kepada telapak tangan anak tersebut ke arah belakang.

• Roket

Roket yang digunakan untuk pergi ke luar angkasa menggunakan bahan bakar yang akan dibakar. Ketika dibakar, bahan bakar tersebut memuai, tekanannya semakin tinggi sehingga berusaha keluar dari ujung roket ke bawah. Sementara itu roket akan terdorong ke atas.

• Lantai 

Seorang anak dengan berat 450 N menginjak tanah ke arah bawah. Maka kaki anak tersebut akan menerima gaya dari lantai yang arahnya ke atas sebesar 450 N, Gaya reaksi yang dilakukan oleh lantai atau bidang datar lainnya disebut gaya normal.

Setelah hukum ini dipublikasikan, hukum ini diterima hingga akhir abad ke 19. Tetapi setelah diketahui bahwa Merkurius melanggar hukum Newton dan ketidaksesuaian hukum ini ketika digunakan pada benda yang mendekati kecepatan cahaya, maka hukum ini 'diperlengkapi' oleh Teori Relativitas Einstein pada awal abad ke 20.

 Gaya Gesekan

Gaya gesekan timbul karena persinggungan permukaan dua buah benda yang dipengaruhi oleh gaya luar.
Besarnya gaya gesekan dipengaruhi oleh luas permukaan benda, bentuk permukaan benda dan kekasaran permukaan benda yang bersentuhan.
Gaya gesekan dapat dibedakan menjadi gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetis.
Gaya gesekan statis adalah gaya gesekan yang dialami benda ketika benda masih diam.
Gaya gesekan dinamis adalah gaya gesekan yang dialami benda ketika benda bergerak.
Gaya gesekan yang timbul pada dua buah benda yang bersinggungan dapat diperkecil dengan cara:

1. Memperkecil luas permukaan bidang sentuh
2. Memberi pelumas pada permukaan bidang sentuh
3. Memberi bantalan di antara dua bidang permukaan tanah
4. Membuat permukaan sentuh berbentuk bola, hal ini karena gesekan rotasi (gesekan yang timbul karena benda bergerak berputar) lebih kecil dar gerakan translasi (gesekan yang timbul pada benda yang bergerak digeser)
5. Merubah bentuk benda menjadi streamline atau aerodinamis (misal ada bentuk mobil dan pesawat). Bentuk streamline atau aerodinamis dapat memperbesar kelajuan kritis suatu benda.

Kelajuan kritis adalah batas kecepatan yang dapat dicapai sebuah benda ketika bergerak melintasi udara atau air.
Gaya gesekan ada yang menguntungkan dan ada yang merugikan.
Beberapa contoh gaya gesekan yang menguntungkan:

1. Gesekan jalan dengan ban mobil
2. Gesekan antara tangan dengan tangan ketika bersalaman
3. Gesekan antara tangan dengan pulpen ketika menulis
4. Gesekan antara mur dengan baut
5. Gesekan antara telapak kaki denagn lantai ketika berjalan

 Beberapa contoh gaya gesekan yang merugikan:

1. Gesekan bagian-bagian mesin dengan kopling pada mobil
2. Gesekan antara roda dengan porosnya
3. Gesekan antara ban dengan jalan membuat ban cepat aus
4. Gesekan antara udara dengan mobil atau pesawat, menghambat gerak mobil atau pesawat tersebut
5. Gesekan antara air dengan kapal laut.

Gaya Berat

Berat benda di bumi adalah gaya gravitasi bumi yang bekerja pada benda tersebut.

Berat benda ditentukan oleh kedudukan benda tersebut terhadap bumi. Semakin tinggi letak benda dari permukaan bumi, maka beratnya semakin kecil sedangkan massanya tetap.

m = massa benda (kg)

w = berat benda (N)

g = percepatan gravitasi (10 m/s² atau 9,8 m/s²)

Gaya Normal

Gaya normal adalah gaya yang diberikan oleh sebuah benda sebagai reaksi terhadap gaya berat yang diberikan oleh benda lain yang terdapat di atas benda tersebut.

Dari gambar terlihat bahwa N = w