Gaya dan Diagram Benda Bebas
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| force/fɔːs/ | gaya |
| contact forces/ˈkɒntækt ˈfɔːsɪz/ | gaya kontak |
| field forces/fiːld ˈfɔːsɪz/ | gaya medan |
| free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ | diagram benda bebas |
| components/kəmˈpəʊnənts/ | komponen |
| net force/net fɔːs/ | gaya bersih |
Gaya-gaya yang tak terlihat
- Sebuah buku terdiam di atas meja -- jadi tidak ada yang terjadi, kan?
- Salah: gravitasi menariknya ke bawah dan meja mendorongnya ke atas, dalam keseimbangan sempurna.
- Setiap objek adalah tarik-menarik gaya-gaya tersembunyi.
- Untuk menyelesaikan masalah mekanika apa pun, Anda harus terlebih dahulu menggambar gaya-gaya tersebut.
Apa itu gaya
- Gaya adalah dorongan atau tarikan yang diberikan satu objek pada objek lain, diukur dalam newton.
- Gaya kontak memerlukan sentuhan -- gaya normal, gesekan, tegangan.
- Gaya medan bekerja pada jarak -- gravitasi adalah yang paling umum sehari-hari.
Manakah dari ini adalah gaya medan (bertindak tanpa kontak)?
Gravitasi adalah gaya medan yang bekerja pada jarak; gesekan, normal, dan tegangan semuanya memerlukan kontak.
Pilih semua gaya kontak.
Normal, gesekan, dan tegangan semuanya memerlukan kontak; gravitasi adalah gaya medan.
Gambar diagram benda bebas
- Diagram benda bebas menampilkan objek sebagai satu titik saja.
- Setiap gaya yang bekerja padanya menjadi anak panah, mengarah ke arah yang benar, dan diberi label.
- Gambarlah hanya gaya-gaya yang bekerja pada objek -- jangan pernah gambar gaya yang dikeluarkan objek tersebut terhadap hal lain.
Bangun diagram benda bebas
Tambahkan setiap gaya sebagai anak panah dan baca gaya bersih serta akselerasi yang dihasilkan.
Gaya yang diberikan objek pada tangan Anda harus masuk dalam diagram benda bebas objek tersebut.
Diagram benda bebas menunjukkan gaya-gaya pada objek. Gaya dorongannya kembali ke tangan Anda masuk pada diagram tangan Anda.
Uraikan menjadi komponen
- Gaya jarang sejajar dengan sumbu koordinat Anda, jadi pecahlah setiap gaya menjadi komponen-komponennya.
- Di atas bidang miring, miringkan sumbu sejajar dan tegak lurus terhadap lereng.
- Gravitasi kemudian terurai menjadi $mg\sin\theta$ turun sepanjang lereng dan $mg\cos\theta$ masuk ke dalamnya.
Pada bidang miring dengan sudut $\theta$, komponen gravitasi sepanjang lereng adalah $mg\,____\,\theta$.
Tarikan sepanjang lereng adalah $mg\sin\theta$; bagian ke dalam lereng adalah $mg\cos\theta$.
Jumlahkan menjadi gaya total
- Gaya total adalah hasil penjumlahan vektor dari semua anak panah.
- Jumlahkan komponennya satu per satu sumbu: $\sum F_x$ dan $\sum F_y$ secara terpisah.
- Gaya total inilah yang kemudian $\sum F = ma$ berubah menjadi akselerasi.
Gaya pada kotak (ke kanan positif): $+15\ \text{N}$, $-6\ \text{N}$, $+1\ \text{N}$. Berapakah gaya horizontal bersih (dalam N)?
$15 - 6 + 1 = 10\ \text{N}$ ke kanan — cukup tambahkan komponen dengan tandanya.
Jika setiap gaya pada objek saling meniadakan, gaya bersihnya nol.
Gaya seimbang berjumlah nol, sehingga tidak ada gaya bersih dan tidak ada akselerasi.
Sebuah kotak $2\ \text{kg}$ di lantai didorong ke kanan dengan kekuatan $12\ \text{N}$; gesekan menolaknya dengan kekuatan $4\ \text{N}$.
- Gaya total horizontal: $12 - 4 = 8\ \text{N}$ ke kanan.
- Vertikal: gaya normal dan gravitasi saling meniadakan, sehingga $\sum F_y = 0$.
Diagram benda bebas menunjukkan gaya-gaya pada objek saja. Gaya yang kotak tolak kembali ke tangan Anda termasuk dalam diagram tangan Anda, bukan diagram kotak -- mencampurnya adalah kesalahan paling umum dalam seluruh mekanika.
Sebuah diagram benda bebas menggambar setiap gaya yang bekerja pada sebuah objek sebagai anak panah berlabel. Pecahlah mereka menjadi komponen-komponen sepanjang sumbu Anda, lalu jumlahkan untuk mendapatkan gaya total ($\sum F_x$, $\sum F_y$). Hanya gaya-gaya pada objek yang muncul -- gaya total inilah yang mendorong akselerasinya.