FI-1101
FISIKA DASAR 1A
INSTITUT TEKNOLOGI SUMATERA
PERKULIAHAN MINGGU KE 5
DINAMIKA BENDA 2
Tujuan Instruksional Khusus
Setelah mengikuti kuliah ini, mahasiswa diharapkan :
1. Menjelaskan gaya gesek antara dua benda, membedakan antara
gesek statik dan kinetik, mempelajari sifat gesekan, dan
memperkenalkan koefisien gesekan statik dan kinetik.
2. Mempelajari gaya tarik yang diberikan oleh fluida dalam benda
bergerak yang melalui fluida dan menghitung kecepatan terminal
benda.
3. Tinjau ulang gerak melingkar beraturan dan menggunakan konsep
gaya sentripetal aplikasi hukum kedua Newton untuk
menggambarkan gerak.
2
Overview
1. Gaya gesekan
2. Gaya tarik dan kecepatan terminal
3. Gaya Sentripetal
3
Gesekan
fs
Sifat dasar gesekan dapat dipelajari dengan menganalisis percobaan berikut
berdasarkan kehidupan sehari-hari. Terdapat peti berat yang diam di lantai. Peti
didorong ke kiri (gambar b) tetapi peti tidak bergerak. Peti didorong keras (gambar c)
dan lebih keras (gambar d) dan peti masih tidak bergerak. Akhirnya peti didorong
dengan gaya penuh dan peti bergerak (gambar e). Diagram benda bebas untuk
gambar a-e menunjukkan adanya gaya baru 𝑓𝑠 yang menyeimbangkan gaya dorong
Ԧ Gaya ini disebut gaya gesek statis. Jika 𝐹 ditambah, 𝑓𝑠 juga bertambah dan
peti 𝐹.
peti tetap diam. Ketika 𝐹 mencapai batas tertentu peti “melepaskan diri” dan
mempercepat ke kiri. Setelah peti mulai bergerak, gaya yang berlawanan gerak
disebut gaya gesek kinetik 𝑓𝑘 ,, 𝑓𝑘 < 𝑓𝑠. Sehingga jika ingin peti bergerak dengan
kecepatan konstan, maka 𝐹 harus diturunkan agar seimbang dengan 𝑓𝑘 (gambar f).
Dalam gambar (g), 𝑓 diplot terhadap waktu.
f s ,max  s FN
FN
mg
F
0  f s  s FN
f k  k FN
Sifat gesekan: gaya gesek terjadi karena kontak antara dua permukaan
kering yang tidak dilumasi.
Ԧ
Sifat 1. Jika peti dalam keadaan diam, maka gaya gesek statik 𝑓Ԧ𝑠 , menyeimbangkan gaya 𝐹.
Sifat 2. Besarnya 𝑓𝑠 pada gesekan statik tidak konstan tetapi bervariasi dari 0 sampai nilai maksimum
𝑓𝑠,max = 𝜇𝑠 𝐹𝑁 . Konstanta 𝜇𝑠 diketahui sebagai koefisien gesek statik. Jika 𝐹 melampaui 𝑓𝑠,max , peti mulai
bergeser.
Sifat 3. Saat peti mulai bergerak, gaya gesek 𝑓Ԧ𝑘 dikenal sebagai gesekan kinetik. Besarnya adalah konstan
dan diberikan oleh persamaan: 𝑓𝑘 = 𝜇𝑘 𝐹𝑁 . 𝜇𝑘 dikenal sebagai koefisien gesek kinetik. Catatan bahwa: 𝑓𝑘 <
𝑓𝑠,max
Catatan 1: Gesekan statik dan kinetik bertindak paralel pada permukaan kontak. Arahnya berlawanan dengan arah gerak
(untuk gesekan kinetik) atau mengenai gerak (dalam kasus gesekan statik)
Catatan 2: Koefisien 𝜇𝑘 tidak bergantung pada kecepatan benda bergeser.
Gaya Penghambat dan Kecepatan Terminal
Ketika sebuah benda bergerak melewati suatu fluida (gas atau cair), benda tersebut mengalami gaya yang disebut
“penghambat”. Menurut kondisi tertentu (benda harus bergerak cepat seperti aliran fluida turbulen) besarnya gaya
hambat diberikan oleh persamaan berikut:
D
1
C  Av 2
2
Disini C adalah suatu konstanta, A adalah daerah penampang melintang efektif pada
objek bergerak, ρ adalah densitas di sekeliling fluida, dan v adalah kecepatan benda.
Tinjau benda (dalam kasus ini massa kucing m) mulai bergerak dalam udara. Pada
awalnya D = 0, kemudian jika v bertambah maka D juga bertambah hingga suatu
keadaan D=mg. Akibatnya benda bergerak dengan kecepatan konstan vt. yang
diketahui sebagai kecepatan terminal.
1
D  C  Avt2  mg
2
vt 
2mg
C A
Gerak Melingkar Beraturan, Gaya Sentripetal
Sebuah benda yang bergerak pada lintasan melingkar dengan jari-jari r
dan kecepatan konstan v, memiliki percepatan a. Arah dari vektor
percepatan selalu menunjuk ke arah pusat rotasi C (disebut
sentripetal). Besarnya adalah konstan dan diberikan oleh persamaan:
C
asp
v2

r
Terapkan hukum Newton untuk menganalisis gerak melingkar beraturan dan dapat disimpulkan bahwa
gaya total yang mengarah ke C, besarnya harus:
2
F
mv
r
Gaya ini dinamakan “gaya sentripetal”
Gaya tersebut bukan gaya yang ditambahakan pada diagram bebas melainkan gaya total pada benda yang
bergerak melingkar
Gaya sentripetal dapat berupa gaya gesek, gaya tegangan tali, gaya gravitasi, dll.
Tips untuk soal yang melibatkan gerak melingkar beraturan,
sebuah benda bermassa m pada orbit melingkar dengan jarijari r dengan kecepatan v
C
.
• Gambar diagram gaya untuk benda
r
• Pilih salah satu sumbu koordinat (sumbu-y dalam diagram
ini) untuk titik yang menuju pusat orbit C
y
• Hitung gaya total
• Atur Fy
m
x
v
Fynet
mv2

r
Sebuah mobil balap bermassa m berjalan pada jalur melingkar datar dengan jari-jari R dan kecepatan v.
Karena bentuk mobil, udara memberikan gaya FL ke bawah pada mobil.
x
C
C
Diagram gaya untuk mobil dapat dilihat pada gambar. Dengan gaya total sepanjang sumbu-x adalah gesekan
statik fs. Gaya gesek fs adalah gaya sentripetal,
Fxnet
mv 2
 fs 
R
Soal: