Gaya dan Diagram Benda Bebas
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| force/fɔːs/ | gaya |
| free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ | diagram benda bebas |
| newton/ˈnjuːtn/ | newton |
| weight/weɪt/ | berat |
| normal force/ˈnɔːml fɔːs/ | gaya normal |
| tension/ˈtenʃn/ | tegangan |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | gesekan |
| net force/net fɔːs/ | gaya bersih |
Setiap dorongan dan tarikan, dalam satu diagram bersih
- Sebuah buku di atas meja tidak bergerak — namun beberapa gaya bekerja padanya secara bersamaan.
- Gravitasi menarik ke bawah; meja mendorong ke atas; tangan mungkin mendorongnya menyamping.
- Agar berpikir jelas, fisikawan membuang semua hal kecuali gaya-gaya yang bekerja pada satu objek tersebut.
- Hasilnya adalah diagram bebas-benda — sketsa paling berguna dalam mekanika.
Apa itu gaya
- Gaya adalah dorongan atau tarikan — sebuah vektor, diukur dalam newton ($\text{N}$).
- Ia memiliki besaran dan arah, sehingga gaya dijumlahkan seperti vektor, bukan sekadar angka biasa.
- Gaya selalu berasal dari interaksi antara dua objek.
- $1\ \text{N}$ kira-kira setara dengan berat sebuah apel kecil.
Apa satuan SI dari gaya?
Gaya diukur dalam newton ($\text{N}$). Joule mengukur energi, watt daya, pascal tekanan.
Tokoh-tokoh utamanya
- Berat $mg$ — tarikan gravitasi, selalu lurus ke bawah.
- Gaya normal $N$ — permukaan yang mendorong tegak lurus terhadap permukaannya sendiri.
- Tegangan tali $T$ — tarikan sepanjang tali atau senar.
- Gesekan $f$ — permukaan yang menahan selip, sejajar dengan permukaan.
Gaya mana yang selalu tegak lurus terhadap permukaan tempat benda bersandar?
Gaya normal didefinisikan sebagai dorongan permukaan yang tegak lurus terhadap dirinya sendiri. Gesekan berjalan sejajar dengan permukaan.
Menggambar diagram bebas-benda
- Perkecil objek menjadi titik dan gambar setiap gaya sebagai anak panah dari titik tersebut.
- Cantumkan hanya gaya yang bekerja pada objek — jangan pernah termasuk gaya yang diluarikkannya pada objek lain.
- Arahkan setiap anak panah ke arah yang benar; anak panah lebih panjang = gaya lebih besar.
- Kemudian gaya resultan adalah jumlah vektor dari semuanya.
Bangun diagram benda bebas
Ubah gaya terapan, gesekan, dan massa, dan saksikan panah gaya dan gaya bersih merespons.
Diagram benda bebas harus mencakup gaya yang benda terapkan pada benda lain.
Diagram benda bebas hanya menunjukkan gaya-gaya yang bekerja pada benda yang dipilih, tidak pernah gaya yang ia terapkan pada orang lain.
Sebuah balok didorong sepanjang meja kasar. Pilih semua gaya yang termasuk dalam diagram benda bebasnya.
Keempat gaya bekerja pada balok. Gaya yang balok terapkan pada meja bekerja pada meja, jadi itu dikeluarkan.
Menjumlahkan gaya-gaya tersebut
- Jumlahkan gaya komponen per komponen, sama seperti vektor lainnya.
- Jika mereka seimbang, gaya resultan nol dan objek mempertahankan kecepatan konstan.
- Jika tidak, sisa gaya resultan menyebabkan percepatan (pelajaran berikutnya).
- Selalu tanya: apa gaya resultan-nya, dan ke mana arahnya?
Krat merasakan $10\ \text{N}$ ke kanan dan $4\ \text{N}$ ke kiri. Berapakah gaya horizontal bersih, dalam $\text{N}$?
Ambil kanan sebagai positif: $10 - 4 = 6\ \text{N}$ ke kanan.
Gaya bersih pada suatu benda adalah jumlah ____ dari semua gaya yang bekerja padanya.
Gaya memiliki arah, sehingga mereka digabungkan sebagai jumlah vektor, bukan jumlah aritmatika biasa.
Gaya normal tidak selalu sama dengan berat. Di lereng, atau ketika sesuatu menekan ke bawah atau mengangkat ke atas pada objek, $N$ berubah. Jangan asumsikan $N = mg$ — hitunglah dari gaya-gaya tegak lurus terhadap permukaan.
Krat merasakan $F = 10\ \text{N}$ ke kanan dan gesekan $f = 4\ \text{N}$ ke kiri.
- Gaya resultan horizontal $= 10 - 4 = 6\ \text{N}$, ke kanan.
- Vertikal, $N$ dan $mg$ seimbang, sehingga krat tetap di lantai.
Sebuah gaya (dalam newton) adalah dorongan atau tarikan dari interaksi. Diagram bebas-benda menunjukkan setiap gaya yang bekerja pada satu objek sebagai anak panah dari titik. Gaya resultan adalah jumlah vektornya — dan gaya normal tidak selalu $mg$.