Dinamika

Saat beraktivitas sehari-hari tanpa disadari kita sangat bergantung pada gaya dan efek dari gaya tersebut, misalnya saat berjalan, menulis bahkan bernafas. Filsuf seperti Plato (427-347 SM) dan Aristoteles (384-322 SM) telah mengemukakan idenya terkait dengan gerak dan gaya, tetapi konsepnya bersifat abstrak dan sulit untuk diaplikasikan. Konsep gaya telah disederhanakan dalam persamaan matematis oleh Sir Isaac Newton (1642-1727) pada Hukum I, II dan III Newton. 

Seorang filsuf bernama Galileo Galilei (1564 –1642) menunjukkan bahwa benda diam dan benda yang bergerak dengan kecepatan tetap memiliki keadaan yang sama. Bayangkan jika kita duduk diam di dalam kereta yang bergerak dengan kecepatan tetap. Kita akan merasa seakan-akan tidak bergerak, padahal kita bergerak relatif terhadap tanah dengan kecepatan konstan yang cukup tinggi. Galileo memperkenalkan konsep yang membuat ide tentang gerak semakin masuk akal untuk membedakan keadaan suatu sistem, yaitu gaya luar. Gaya ini dapat berupa dorongan/tarikan, gaya gesekan ataupun gaya berat.

Ide Galileo Galilei kemudian dikembangkan oleh Sir Isaac Newton. Dalam hukum pertamanya, Newton menjelaskan keadaan benda jika benda tidak dipengaruhi oleh gaya luar atau benda memiliki resultan gaya nol (gaya total nol). 

Hukum I Newton menyatakan “Setiap benda yang diam akan tetap diam, dan benda yang bergerak dengan kecepatan konstan akan bergerak dengan kecepatan konstan selama tidak ada gaya yang bekerja pada benda” Hukum I Newton dinyatakan melalui persamaan:

Dengan F adalah simbol untuk gaya dengan satuan newton (N). Kecenderungan mempertahankan keadaan gerak disebut dengan kelembaman atau inersia. Semua benda memiliki sifat kelembaman (inersia). Jika kecepatan benda diubah, maka sifat kelembamannya akan menghambat perubahan gerak tersebut. Semakin besar massa benda, maka sifat kelembamannya semakin besar.

Dari Hukum I Newton, kalian juga akan memahami, bahwa gaya akan memengaruhi kecepatan suatu objek. Ingat bahwa kecepatan adalah besaran vektor, yang artinya besar dan arah kecepatan dapat dipengaruhi oleh gaya.

Contoh dalam kehidupan nyata yang berkaitan dengan hukum I newton yakni:

1. Ketika mobil digas tiba-tiba, tubuh kita akan terlempar ke belakang karena tubuh kita ingin tetap mempertahankan diam.

2. Ketika mobil direm mendadak, tubuh kita akan terlempar ke depan karena tubuh kita ingin mempertahankan gerak. 

Massa Kelembaman dan Massa Gravitasi 

Ada dua jenis massa yang perlu kalian ketahui yaitu massa gravitasi dan massa kelembaman. Massa gravitasi adalah ukuran kemampuan suatu benda dalam menghasilkan gaya gravitasi. Massa gravitasi (m) dapat diukur dengan timbangan atau neraca, dengan cara membandingkan berat benda dengan berat massa standar (anak timbangan). Berat benda (w) adalah besar gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda. Berat berbanding lurus dengan massa benda. Arah gaya berat selalu vertikal ke bawah (menuju pusat bumi). Massa yang kedua disebut dengan massa kelembaman yang akan dijelaskan pada bahasan selanjutnya.

Mengapa bus besar yang bergerak dengan kecepatan rendah bisa lebih berbahaya dibandingkan dengan bajaj yang bergerak dengan kecepatan yang sama ketika berbenturan dengan benda lain? Fenomena tersebut dapat dijelaskan dengan menggunakan konsep dalam fisika yang disebut dengan Hukum II Newton.

Hukum II Newton menyatakan “Percepatan benda diakibatkan oleh gaya, dan percepatan benda itu berbanding lurus dan searah dengan gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda”

Saat bus bergerak, kecenderungan untuk berhenti akan lebih sulit dibandingkan dengan bajaj, karena memiliki kelembaman yang lebih besar, sehingga gaya untuk  menghentikan bus tersebut akan lebih besar dibandingkan bajaj. Dari Hukum II Newton kita ketahui bahwa percepatan benda berbanding terbalik dengan massanya. Semakin besar massa benda,maka percepatan benda akan semakin kecil jika diberi gaya eksternal yang sama.

Resultan gaya adalah penjumlahan gaya yang sejajar yang dialami suatu benda.

1. Gaya yang mengarah ke kanan dan ke atas diberi tanda positif. 

2. Gaya yang mengarah ke kiri dan ke bawah diberi tanda negatif. 

3. Benda akan bergerak ke arah yang nilai gayanya lebih besar. 

Diagram Gaya 

Gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda dapat digambarkan dengan suatu diagram gaya. Diagram gaya adalah interpretasi vektor gaya yang bekerja pada suatu benda dengan besar dan arah yang sesuai. Berikut merupakan contoh diagram gaya benda yang mengalami beberapa gaya dari luar. 

Gaya umum yang dialami oleh benda: 

1. Gaya berat (w) 

Adalah gaya yang dialami benda karena percepatan gravitasi. Arah gaya berat menuju pusat bumi. Dapat dirumuskan: 

W = m g 

2. Gaya normal (N) 

Adalah gaya yang dialami benda jika bersentuhan dengan bidang. Arah gaya normal tegak lurus bidang. 

3. Gaya luar (F) 

Adalah gaya yang diberikan dari pengaruh luar, misalnya gaya dorong, gaya tarik, dll.

4. Tegangan tali (T) 

Adalah gaya yang timbul pada tali akibat diberi suatu gaya luar. Arah tegangan tali menjauhi benda. 

5. Gaya gesek (f) 

Adalah gaya sentuh antara benda dengan bidang geraknya yang berlawanan dengan arah gerak benda. Dapat dirumuskan:

Gaya gesek secara khusus dibagi menjadi:

• Gaya gesek statis (fs), adalah gaya yang bekerja saat benda diam. fs > fk 

• Gaya gesek kinetis (fk), adalah gaya yang bekerja saat benda bergerak. fk < fs 

Dua kemungkinan gerak benda akibat gaya gesek statis: 

a. Jika fs > F luar, maka benda diam dan percepatan 0 m/s2 . 

b. Jika fs = F luar, maka benda akan tepat bergerak. 

c. Jika fs < F luar, maka benda bergerak dan percepatan dipengaruhi gaya luar dan gaya gesek kinetis

Dalam kehidupan sehari-hari, selalu ada interaksi antara beberapa benda, interaksi umumnya diawali dengan aksi. Dalam isika setiap aksi selalu ada reaksi yang arahnya berlawanan dengan aksi tersebut. Hal ini dinyatakan dalam Hukum ke-III Newton. “Jika suatu benda memberi gaya aksi kepada benda lain, maka benda lain itu akan memberi gaya reaksi yang sama kepada benda awal namun berlawanan arah” Secara matematis ditulis: 

Fenomena aksi-reaksi sering kita temukan dalam kehidupan sehari-hari. Roket dapat terdorong ke atas karena ada semburan gas panas yang ditembakkan ke bawah. Saat kita berjalan, reaksi kita berjalan ke depan dikarenakan kaki kita menyapu ke arah belakang. 

Menurut hukum Newton III: 

1. Aksi-reaksi bekerja pada dua buah benda berbeda. 

2. Aksi-reaksi tidak saling meniadakan satu sama lain. 

3. Aksi-reaksi dapat menyebabkan salah satu atau kedua benda diam atau bergerak.