Kompetensi dasar
3.11 Menerapkan langkah-langkah vektor, resultan gaya dan keseimbangan
4.11 Melakukan langkah-langkah vektor, gaya resultan, , gaya dan keseimbangan
Materi :
ILMU MEKANIKA
A. BESARAN VEKTOR DAN SISTEM SATUAN (KD 3.10 & 4.10)
B. GAYA, TEGANGAN, DAN MOMEN
Dalam mekanik gaya, tegangan dan momen merupakan suatu perlakuan benda guna untuk mengubah atau menggeser suatu benda. Terdapat macam-macam jenis gaya tegangan maupun momen.
1. GAYA
Gaya adalah tarikan atau dorongan yang terjadi terhadap suatu benda titik gaya dapat menimbulkan perubahan posisi, gerak, atau perubahan bentuk pada benda. Gaya termasuk ke dalam besaran vektor karena memiliki nilai dan arah. Sebuah gaya disimbolkan dengan huruf F (force) dan satuan gaya dalam SI (satuan internasional) adalah n disingkat dengan N.
Pengukuran gaya dapat dilakukan dengan alat yang disebut dinamometer atau neraca pegas. usaha (tenaga) diperlukan untuk melakukan sebuah gaya, semakin besar gaya yang hendak dilakukan, maka semakin besar pula usaha atau tenaga yang harus dikeluarkan.
a. Macam-macam Gaya
Ditinjau dari gerak suatu benda, gaya terdiri atas :
1) Gaya Tarik Bumi
 |
| Gambar 1.1 Gaya tarik bumi (gravitasi) |
Gaya tarik bumi di sebut juga gravitasi, yaitu gaya yang menyebabkan benda mempunyai gaya berat. Misalnya benda yang diletakkan diatas meja maka meja akan menerima gaya berat dari benda tersebut. Suatu benda yang dilemparkan ke atas pada suatu saat benda tersebut akan mengalami perubahan kecepatan dari bergerak cepat berubah menjadi lambat dan lambat laun kecepatannya menurun pada akhirnya menjadi nol. Pada ketinggian tertentu yaitu pada kecepatan nol, benda akan berhenti dan turun lagi dengan kecepatan yang semakin lama semakin besar. Penyebab perubahan kecepatan suatu saat pada benda tadi adalah gravitasi atau gaya tarik bumi.
2) Gaya Alam
 |
| Gambar 1.2 Kincir angin menggerakkan dinamo |
Sebuah kincir angin berputar menggerakkan dinamo listrik atau perahu nelayan yang bergerak di laut lepas. Air terjun yang menggerakkan turbin di PLTA adalah suatu contoh dari daya alam.
3) Gaya Otot
Gaya otot adalah gaya yang ditimbulkan oleh otot, baik otot manusia maupun hewan. contoh:
a) Membuka baut dengan menggunakan kunci tangan.
b) Menggergaji dengan gergaji tangan, menarik gerobak dengan kuda.
c) Menempa dengan menggunakan palu tangan.
4) Gaya Tekanan Pembakaran
 |
| Gambar 1.3 Gaya pada motor bakar torak |
Pada motor bakar, bahan bakar dibakar di dalam silinder dan tekanan dari gas pembakaran tersebut mendorong torak untuk bergerak dengan gaya yang sangat tinggi. Gaya dari torak selanjutnya diteruskan ke poros engkol dengan mengubah gerak bolak-balik torak menjadi gerak putar.
5) Gaya Pegas
 |
| Gambar 1.4 Gaya pegas |
Jika Jika kamu menekan pegas atau per, tangan kamu akan terasa adanya dorongan. Sebaliknya, tangan kamu akan terasa ada yang menarik kembali jika pegas ditarik. hal yang menyebabkan dorongan atau tarikan pada tangan kamu adalah gaya pegas. Gaya pegas banyak dimanfaatkan misalnya untuk menggerakkan robot, peredam getaran atau shock absorber pada kendaraan, pegas katup dan semacamnya.
6) Gaya Sentrifugal
 |
| Gambar 1.5 Gaya sentrifugal |
Sebuah bandul diikat dengan tali, kemudian talinya dipegang dan diputar. Lakukan putaran pelan hingga putaran cepat Anda dapat mengamati bandul tersebut, yaitu bandul pada putaran rendah berada di bawah dan pantul akan berputar ke atas dan pada tali menjadi tegang pada putaran tinggi. Jika tali tidak kuat kemungkinan besar talinya akan putus dan bandul akan terlempar. penyebab putusnya tali dan terlemparnya bandul tersebut dikarenakan oleh gaya yang disebut dengan gaya sentrifugal.
gaya sentrifugal banyak dijumpai misalnya pada pompa sentrifugal atau pengatur kecepatan pada alat pemutus arus pada motor. Gaya sentrifugal ialah gaya yang mengarah keluar sedangkan gaya yang mengarah ke dalam dan berlawanan dengan arah gaya sentrifugal disebut dengan gaya sentripetal.
b. Results Gaya
Resultan gaya adalah dua atau lebih gaya yang bekerja pada suatu benda dalam satu garis kerja yang diganti oleh 1 gaya. istilah ini seringkali dipraktekkan dalam kehidupan sehari-hari tetapi banyak orang yang tidak mengetahui konsep yang digunakannya.
 |
| Gambar 1.6 Resultan dari beberapa gaya yang bekerja pada benda |
Jika kamu tidak sanggup mendorong suatu benda yang akan dipindahkan, tentu kamu akan meminta bantuan orang lain untuk mendorong benda tersebut itu dari arah yang sama. dengan demikian, benda tersebut akan terasa lebih ringan dan mudah untuk dipindahkan. namun jika kamu dan teman-teman kamu mendorong dari arah yang berlawanan benda tersebut akan terasa lebih berat dan mungkin tidak akan berpindah. Saat benda tersebut didorong dari arah yang sama gaya yang diberikan teman kamu akan memperbesar gaya yang telah kamu berikan. Sebaliknya, jika arah dorongan kamu berlawanan, gaya yang diberikan teman kamu akan mengurangi gaya yang kamu berikan.
Persamaan Results Gaya
Arah Resultan gaya adalah arah dari sebuah gaya yang nilainya lebih besar dari gaya yang lainnya. Secara matematis resultan gaya ditulis:
R=F1 + F2 + F3 + ... + Fn
Di mana :
R = Resultan gaya
F = Gaya yang di jumlahkan
n = Banyaknya gaya
Berikan tanda positif untuk gaya yang mengarah ke kanan dan ke atas, serta tanda negatif untuk gaya yang mengarah ke kiri dan ke bawah untuk mempermudah perhitungan. Misalnya, pada saat mendorong lemari dengan arah berlawanan, gaya yang diberikan adalah F1 = 22 N mengarah ke kiri. Sementara itu, gaya yang teman kamu berikan adalah F2 = 20 N mengarah ke kanan sehingga resultan gaya itu adalah
R = F1 + F2
= (-22 N) + 20 N
= (-2 N)
Resultan gaya diperoleh sebesar (-2 N). Artinya , besar resultan gaya adalah 2 N dan arahnya sama dengan arah F1, yaitu ke kiri. Benda berada pada keadaan seimbang atau benda tidak akan bergerak (diam) jika resultan gaya (R) yang bekerja pada suatu benda sama dengan nol.
Resultan gaya terbagi menjadi dua jenis, yaitu :
c. Penggambaran Gaya
Gaya merupakan besaran vektor karena memiliki besar dan arah. oleh karena itu gaya dapat digambarkan dengan diagram vektor berupa anak panah.
 |
| Gambar 1.13. Penggambaran gaya |
Pada gambar di atas, titik p disebut sebagai titik tangkap gaya, arah anak panah dari p ke q menyatakan arah gaya dan besarnya gaya dinyatakan dengan panjang anak panah pq. Jumlah dan selisih gaya yang tidak segaris dapat dilukiskan dengan cara atau metode poligon.
d. Melukis Gaya
Gaya merupakan suatu yang abstrak sehingga tidak dapat dilihat titik oleh karena itu, ada beberapa persyaratan dalam melukis atau menggambarkan suatu gaya, yaitu:
1) Ada titik tangkap gaya
2) Ada besar gaya
3) Ada arah gaya
4) Ada skala gaya dan skala panjang.
Jika keempat persyaratan di atas sudah terpenuhi, Anda dapat menggambarkan gaya.
Lihat pada gambar berikut ini:
1) Titik Tangkap Gaya
Titik tangkap gaya ialah tempat gaya bekerja yang. (Lihat titik A pada gambar di atas). Besar gaya dinyatakan dalam banyaknya gaya dalam satuan N, kgf atau lbf.
2) Skala Gaya
Supaya gaya dapat digambar, gaya tersebut harus diberi skala dari besar gaya yang mempunyai satuan gaya (N), (kgf) atau (lbf) menjadi garis yang mempunyai satuan mm, cm atau inci dengan panjang sebanding dengan besarnya gaya. Misalnya panjang 1 cm garis menunjukkan 10 N untuk menyatakan 50 N harus di gambar garis sepanjang 5 cm, contoh skala gaya 1 cm # 10 N.
3) Arah Gaya
Gaya mempunyai arah tertentu, misalnya gaya dengan arah ke kanan mendatar gaya dengan arah ke atas, dan sebagainya. Anak panah digunakan untuk menunjukkan arah dari suatu gaya (lihat gambar diatas).
4) Skala Panjang
Penggambaran suatu gaya perlu disesuaikan dengan kondisi kertas yang digunakan. Misalnya, letak antara gaya yang satu dengan gaya yang lain mempunyai jarak 4 meter, sedangkan kertas akan digunakan adalah kertas A4 yang mempunyai ukuran 210 x 294 mm sehingga salah satu gaya tersebut akan terletak di luar kertas gambar. Oleh sebab itu supaya gaya dengan jarak tertentu dapat digambarkan di atas kertas gambar maka jarak atau panjang gaya tersebut harus diberi skala.
Contoh :
e. Menjumlah Gaya
1) Menjumlah Gaya tidak sama dengan menjumlah suatu benda misalnya kelereng karena menjumlah gaya dipengaruhi oleh besar dan arah gaya. Penjumlahan dua gaya dapat dicontohkan sebagai berikut:
Menjumlah dua gaya dengan arah dan titik tangkap sama. Dua buah gaya masing-masing F1 = 20 N dengan titik tangkap titik A dan F2 = 40 N dengan titik tangkap di titik B. Kedua gaya tersebut mempunyai arah sama, yaitu ke kanan mendatar. Gambarkan kedua gaya tersebut dan tentukan jumlah gayanya !
Jawab : Skala gaya 10 N # 1 cm
2) Menjumlah dua gaya dengan satu titik tangkap dan arah berlawanan
Dua buah gaya masing-masing F1 = 20 N dan F2 = 40 N dengan titik tangkap sama di titik O. Kedua gaya tersebut mempunyai arah berlawanan yaitu F1 ke kiri mendatar dan F2 ke kanan mendatar.
Gambarkan kedua gaya tersebut dan tentukan jumlah gayanya!
3) Menjumlah gaya dengan satu titik tangkap dan arah berlainan
Dua buah gaya masing-masing F1 = 30 N dan F2 = 40 N dengan titik tangkap sama di titik A. Kedua gaya tersebut mempunyai arah yang berlainan, yaitu F1 ke atas tegak lurus F2 mempunyai arah ke kanan mendatar.
Gambarkan kedua gaya tersebut dan tentukan jumlah gayanya!
Menjumlah gaya dapat dilakukan dengan dua cara, YAITU :
a) Lukisan
(1) Menjumlah Gaya dengan Lukisan Jajaran Genjang
Menyusun atau menjumlah Gaya mempunyai gaya lebih dari dua dengan titik tangkap caranya sama dan dapat dijelaskan dengan gambar berikut:
Sebagai persiapan untuk melukis gaya diperlukan alat-alat gambar terutama mistar segitiga satu pasang, alat tulis serta teknik-teknik menggunakan mistar segitiga satu pasang, yaitu untuk membuat garis-garis sejajar. Buatlah gambar komponen gaya yang terdiri atas empat gaya yang mempunyai arah berlainan dengan titik tangkap sama seperti gambar dibawah ini! Panjang garis disesuaikan dengan skala gayanya.
Jumlah F1 dengan F2 dengan cara jajaran genjang. Gunakan mistar satu setel untuk menarik garis-garis sejajarnya sehingga didapat F1 + F2 = R1 seperti terlihat pada gambar dibawah ini.
jumlah kan F1 + F2 + F3 = R2 atau R1 + F3 = R2 dengan cara jajaran genjang seperti atas. Lihat gambar berikut ini!
Jumlahkan F 1 + F2 + F3 + F4 = R atau R1 + R2 + F4 = R3 = R dengan cara jajaran genjang seperti di atas. Lihat gambar berikut ini!
(2) Menjumlah Gaya Dengan Lukisan Kutub
Lukisan kutub dapat digunakan untuk menjumlah gaya yang mempunyai lebih dari dua gaya dengan titik tangkap sama dan arah berlainan. Caranya dijabarkan sebagai berikut:
Bersambung.......
Tidak ada komentar:
Posting Komentar