Gerak dan Gaya

Pertemuan Ketiga

.
Pada pertemuan kali ini siswa akan berdiskusi mengenai tugas yang diberikan.

Klik tautan di bawah ini untuk menuju ke soal pada masing-masing kelompok

Kelompok 1

Kelompok 2

Kelompok 3

Kelompok 4

Tugas dikerjakan pada Lembar Hasil Diskusi yang telah disiapkan.

Soal Diskusi Kelompok 4

.
Paman Dani adalah seorang pengangkut barang. Setiap hari ia bekerja denagn truknya menaikkan dan menurunkan barang. Untuk memudahkan pekerjaannya, ia menggunakan bidang miring untuk menaikkan dan menurunkan barang dari truknya. Suatu hari ia ingin menurunkan sebuah kotak besar dari truknya dengan gaya sebesar 700 N dan percepatan sebesar 8,96 m/s² dengan sudut 37^o dimana nilai sin 37^o adalah 0,6 dan nilai cos 37^o adalah 0,8 koefisien gesekan kinetis adalah 0,5 dan percepatan gravitasi bumi 9,8 m/s². Paman Dani lupa apa isi dari kotak tersebut. Dengan menggunakan petunjuk dari massa dan nama benda, dapatkah kalian membantu Paman Dani untuk memberi tahu benda apa yang sedang diturunkan oleh Paman Dani tersebut?

Nama Barang	Massa
Kulkas	200 kg
Mesin cuci	150 kg
Televisi	100 kg
Sound system	125 kg

Setelah kalian membantu Paman Dani, dapatkah kalian memberikan penjelasan mengenai karakteristik (ciri) dan contoh penerapan dari gaya gesek pada bidang datar dan bidang miring?

Tugas dikerjakan pada Lembar Hasil Diskusi yang telah disiapkan.

Selamat mengerjakan.

Soal Diskusi Kelompok 3

.
Romi adalah seorang petugas lift di sebuah apartemen. Lift tersebut tergantung pada kabel yang tegangan maksimumnya 8.000 N. Percepatan lift ketika bergerak ke atas adalah 10,2 m/s². Pada suatu pagi, terdapat lima orang di dalam lift yakni Maya, Vera, Andi, Banu dan Romi sendiri. Ketika berhenti di lantai lima, ada empat penghuni yang juga ingin menggunakan lift, yaitu Dinda, Niken, Indah, dan Rinda. Mengingat lift tersebut memiliki batas berat maksimum agar kabelnya tidak putus, maka dapatkah kalian membantu Romi untuk menentukan siapa satu orang lagi yang dapat menaiki lift tersebut? Petunjuk yang dapat kalian gunakan adalah keterangan massa penghuni apartemen dan rumus Hukum II Newton yang telah diajarkan serta nilai percepatan gravitasi bumi adalah 9,8 m/s².

Nama Penghuni	Massa
Romi	72kg
Andi	86 kg
Maya	50 kg
Vera	67 kg
Banu	80 kg
Dinda	58 kg
Rinda	47 kg
Indah	45 kg
Niken	60 kg

Setelah kalian membantu Rio, dapatkah kalian memberikan penjelasan mengenai karakteristik (ciri) dan contoh dari Hukum Newton yakni Hukum I, II, dan III Newton?

Tugas dikerjakan pada Lembar Hasil Diskusi yang telah disiapkan.

Selamat mengerjakan.

Soal Diskusi Kelompok 2

.
Kelompok kalian diminta untuk membantu pemburu menembak binatang buruannya yang berada 315 meter dari jarak pantauannya. Pemburu itu memiliki waktu seama 9 detik dari peluru dilontarkan hingga mengenai sasaran. Dengan menggunakan rumus Gerak Parabola yang telah diajarkan dan nilai sudut istimewa yang terdapat dalam tabel, berapakah kecepatan awal yang harus diberikan pemburu untuk melontarkan pistolnya dengan lintasan parabola?

Tabel Sudut Istimewa

Setelah kalian membantu pemburu, dapatkah kalian memberikan penjelasan mengenai karakteristik (ciri) dan contoh dari komponen gerak parabola yakni posisi benda dalam arah vertikal, posisi benda dalam arah horizontal, dan kondisi benda di titik tertinggi?

Tugas dikerjakan pada Lembar Hasil Diskusi yang telah disiapkan.

Selamat mengerjakan.

Soal Diskusi Kelompok 1

.
Kelompok kalian diminta untuk membantu Rio menemukan temannya yang mobilnya mogok di jalan yang sepi. Temannya tersebut memberitahu Rio bahwa ia sudah menempuh perjalanan selama dua jam dengan kecepatan awal sebelum mobilnya berhenti adalah 50 km/jam. Petunjuk yang dapat kita gunakan untuk menemukan keberadaan teman Rio adalah keterangan dari temannya dan tabel jarak beberapa kota, serta rumus Fiska mengenai Gerak Lurus yang telah diajarkan.

Tabel Jarak Kota

Nama Kota	Jarak
Samarinda-Samarinda Seberang	10 km
Samarinda-Loa Janan	20 km
Samarinda-Batuah	30 km
Samarinda-Bukit Soeharto	50 km
Samarinda-Samboja	80 km
Samarinda-Balikpapan	120 km

Setelah kalian membantu Rio, dapatkah kalian memberikan penjelasan mengenai karakteristik (ciri) dan contoh dari komponen gerak yakni jarak, kecepatan, dan percepatan?

Tugas dikerjakan pada Lembar Hasil Diskusi yang telah disiapkan.

Selamat mengerjakan.

Gerak Parabola

.
Sebelum membahas tentang gerak parabola, perhatikan animasi berikut. Tembakan peluru yang diarahkan pemburu tidak dapat menembak monyet yang sedang berada di atas pohon, karena lintasan tembakan tersebut berbentuk parabola.

Gerak parabola merupakan gerak benda yang setiap saat mengalami dua arah pepindahan, yakni dalam arah horizontal (sumbu x) dan arah vertikal (sumbu y). Gerak parabola ini adalah gerak dua dimensi yang memiliki ciri khusus, yakni perceepatannya konstan pada arah vertikal dan percepatan nol pada arah horizontal.

Berdasarkan penjelasan di atas, gerak parabola dapat dipandang sebagai panduan dari GLB dan GLBB yang terjadi serempak dalam dua arah yang saling tegak lurus. Oleh karena itu, peninjauan gerak parabola akan lebih mudah dengan cara menguraikannya dalam dua arah yang saling tegak lurus, yaitu sumbu x dan sumbu y.

1. Kecepatan awal dan Kecepatan Setiap Saat

Vektor kecepatan membentuk sudut sebesar $\theta$ terhadap horizontal. Kecepatan awal benda yaitu v_o, dengan demikian komponen kecepatan awal dalam arah vertikal adalah v_oy, sedangkan komponen dalam arah horizontal adalah v_ox. Secara matematis, persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

$v_{ox}=v_{o}cos\theta$

$v_{oy}=v_{o}sin\theta$

Sedangkan kecepatan benda dalam gerak parabola setiap saat adalah v, berarti terdapat vektor kecepatan pada arah vertikal v_y dan vektor kecepatan pada arah horizontal v_x. Komponen kecepatan v_x bernilai konstan karena merupakan gerak lurus beraturan, sedangkan v_y berubah bergantung pada waktu karena merupakan gerak lurus berubah beraturan.

$v_{x}=v_{ox}=v_{o}cos\theta$

$v_{y}=v_{oy}-gt$

$v=\sqrt{v_{x}^{2}+v_{y}^{2}}$

2. Kondisi Benda di Titik Tertinggi

Setiap saat vektor kecepatan benda selalu terdiri atas v_x dan v_y, kecuali ketika benda melintasi titik maksimum. Pada titik tertinggi, vektor kecepatan hanya pada arah sumbu x, yaitu v_x, karena kecepatan pada sumbu y adalah nol. Kita tuliskan

$v_{x}=v_{o}cos\theta$

$v_{y}=0$

$v=v_{x}$

Komponen gerak yang mengalami percepatan adalah komponen dalam arah vertikal, yaitu sama dengan percepatan gravitasi a = -g. Tanda minus menunjukkan arah yang berlawanan dengan arah gravitasi. Dengan demikian, dari persamaan gerak lurus dapat diperoleh tinggi maksimum dan jauh jangkauan yang dicapai benda:

$y=v_{oy}t-\frac{1}{2}gt^{2}=v_{o}tsin\theta -\frac{1}{2}gt^{2}$

$x=v_{ox}t=v_{o}tcos\theta$

dengan:
v_ox = kecepatan awal benda dalam arah horizontal (m/s)
v_oy = kecepatan awal benda dalam arah vertikal (m/s)
v_x = kecepatan benda dalam arah horizontal (m/s)
v_y = kecepatan benda dalam arah vertikal (m/s)
x = posisi benda dalam arah horizontal (m)
y = posisi benda dalam arah vertikal (m)

Gerak Lurus (Lanjutan)

.
2. Gerak Lurus Beraturan

Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan konstan pada suatu lintasan garis lurus, maka dikatakan bahwa benda tersebut bergerak lurus beraturan. Jarak yang ditempuh selama waktu tertentu dengan kelajuan tertentu adalah

$s=v.t$

dengan
s = jarak tempuh (m)
v = kelajuan (m/s)
t = waktu (s)

3. Gerak Lurus Berubah Beraturan

Gerak lurus berubah beraturan adalah gerak suatu benda pada lintasan lurus dengan percepatan tetap. Ada beberapa persamaan yang berkaitan dengan gerak lurus berubah beraturan.

Pertama, hubungan antara kecepatan dan percepatan pada GLBB. Rumus yang digunakan adalah

$v=v_{o}+at$

Kedua, hubungan antara perpindahan, percepatan, dan waktu pada GLBB. Rumus yang digunakan adalah

$s=v_{o}t+\frac{1}{2}at^{2}$

Ketiga, hubungan antara perpindahan, kecepatan, dan percepatan pada GLBB. Rumus yang digunakan adalah

$v^{2}=v_{o}^{2}+2as$

Keempat, hubungan antara perpindahan, kecepatan, dan waktu pada GLBB. Rumus yang digunakan adalah

$s=\left ( \frac{v_{o}+v}{2} \right )t$

Keterangan :
s = perpindahan (m)
v_o = kecepatan awal (m/s)
v = kecepatan akhir (m/s)
a = percepatan (m/s²)
t = waktu

Perlu diketahui bahwa perlambatan adalah percepatan yang bernilai negatif.

Berikut ini adalah animasi yang berhubungan dengan Gerak Lurus Berubah Beraturan.

Gaya Gesek

.
Apabila ada dua benda yang berinteraksi melalui kontak atau sentuhan langsung pada permukaannya, maka akan selalu timbul suatu gaya yang disebut gaya kontak. Gaya kontak ini memiliki kompnen yang sejajar dengan permukaan sentuh yang secara khusus disebut gaya gesekan, sedangkan komponen lain yang tegak lurus dengan permukaan sentuh disebut gaya normal.

Karena arah gaya gesekan sejajar dengan permukaan sentuh, maka akan mempengaruhi gerak suatu benda. Arah gaya gesekan ini selalu berlawanan dengan arah gerak benda sehingga bersifat menghambat gerak benda. Walaupun gaya normal arahnya tegak lurus terhadap arah gerak benda, namun gaya normal memberikan pengaruh pada besarnya gaya gesekan. Semakin besar gaya normal, maka semakin besar pula gaya gesekan yang terjadi.

Besarnya gaya gesekan juga bergantung pada kekasaran permukaan sentuh. Semakin kasar permukaan sentuh, semakin besar gaya gesekan yang timbul.

1. Gaya Gesekan Statis dan Kinetis

Pada saat kita berusaha untuk menggeser lemari yang berat, mungkin lemari tersebut tidak bergerak sama sekali (∑ F = 0), karena lantai melakukan gaya gesekan f yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan dengan gaya dorong yang kita lakukan (F=f). Gaya gesekan ini disebut gaya gesekan statis, f_s. Jika kita mampu mendorong dengan gaya yang lebih besar sehinggalemari tepat akan bergerak, maka pada saat ini gaya gesekan statis mencapai nilai maksimum. Besarnya gaya gesekan statis maksimum diruuskan sebagai berikut

$f_{s max}=\mu _{s}N$

Setelah lemari bergeser (∑ F = ma), ternyata gaya yang kita butuhkan untuk menjaga lemari etrus bergeser lebih kecil dibandingkan saat awal almari belum bergerak. Dalam keadaan inigaya gesekan yang bekerja adalah gaya gesekan kinetis, f_k, yang nilainya selalu lebih kecil daripada gaya gesekan statis maksimum. Besarnya gaya gesekan kinetis dapat dirumuskan sebagai berikut

$f_{k}=\mu _{k}N$

Dari uraian tersebut, dapat disimpulkan bahwa pada saat benda belum bergerak berlaku Hukum I Newton, yaitu ∑ F = 0, dan besar gaya gesekan yang sama dengan gaya dorong tetapi berlawanan arah merupakan apsangan gaya aksi-reaksi (Hukum III Newton). Sedangkan pada saat gaya drong menyebabkan benda tersebut bergerak denagn suatu percepatan tertentu, berlaku Hukum II Newton, yaitu ∑ F = ma.

2. Analisis Gerak Benda Pada Bidang Datar

Saat benda diam dan ada pengaruh gaya luar, $F<\mu_{s}N$