Kinematika dan Dinamika benda

KINEMATIKA DAN DINAMIKA BENDA TITIK

Tujuan :
1. Menganalisis besaran fisika pada gerak dengan kecepatan dan percepatan konstan
2. Menganalisis besaran fisika pada gerak melingkar dengan laju konstan
3. Menerapkan Hukum Newton sebagai prinsip dasar dinamika untuk gerak lurus, gerak vertical, dan gerak melingkar beraturan

Dalam ilmu fisika, ilmu yang mempelajari tentang gerak suatu benda disebut mekanika. Mekanika pada prinsipnya dibagi menjadi 2 yaitu :

a.       Kinematika yaitu ilmu yang mempelajari gerak suatu benda tanpa memperhatikan penyebab gerak tersebut.

b.      Dinamika yaitu ilmu yang mempelajari gerak suatu benda  dengan memperhatikan penyebab gerak benda tersebut.
Gerak suatu benda dibagi menjadi dua bagian yaitu gerak lurus dan gerak lengkung. Gerak lurus  adalah gerak yang lintasannya lurus, sedangkan gerak lengkung adalah gerak yang lintasannya mempunyai pusat lengkungan. Gerak lurus dikelompokkan menjadi gerak lurus beraturan (GLB), gerak lurus berubah beraturan (GLBB), dan gerak lurus berubah tidak beraturan (GLBTB). Demikian juga gerak lengkung dikelompokkan menjadi Gerak melengkung beraturan (GMB), gerak melengkung berubah beraturan (GMBB), dan gerak melengkung berubah tidak beraturan (GMBTB).

Gerak lurus beraturan (GLB)
            Suatu benda disebut bergerak lurus adalah jika lintasan geraknya berupa garis lurus. Ketika kita mengendarai mobil di jalan tol yang lurus maka kecepatan mobil yang kita naiki bisa berubah-ubah tetapi pada saat tertentu bisa tetap. Gerak lurus beraturan adalah gerak suatu benda yang lintasannya berupa garis lurus dan memiliki kecepatan yang tetap. Kecepatan tetap artinya besar dan arah kecepatan tidak berubah.

 Suatu mobil yang bergerak lurus beraturan maka percepatannya adalah nol. Berapa jarak yang ditempuh oleh mobil tersebut setelah bergerak selang waktu t? jika kecepatan mobil tersebut v maka setelah bergerak dengan selang waktu t dapat dihitung jarak yang ditempuh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Keterangan :
v =  Kecepatan (m/s)
s =  Jarak (m)
t =  waktu (s)

Contoh soal :
       Sebuah mobil bergerak menempuh jarak 200 km dengan kecepatan konstan 40 km/jam. jika mobil tersebut berangkat pada pukul 10.00 WIB maka pada pukul berapa mobil tersebut sampai di tempat tujuan ?
Jawab :

jam berangkat : 10.00 WIB, dan waktu yang dibutuhkan mobil tersebut adalah 5 jam, maka mobil akan sampai ke tujuan pada jam
10.00 WIB + 5 jam = 15.00 WIB
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
            jika seseoaran yang mengendarai sebuah mobil yang lintasannya berupa garis lurus dan bergerak dengan perubahan kecepatannya setiap saat tetap, maka gerak mobil tersebut disebut gerak lurus berubah beraturan. Perubahan kecepatan per satuan waktu disebut percepatan , sehingga gerak lurus berubah beraturan disebut juga sebagai gerak yang lintasannya lurus dan percepatan nya tetap.

gerak lurus berubah beraturan

       Sebagai contoh, seseorang yang mengendarai mobil yang lintasannya lurus dan percepatannya tetap. Pada saat t = 0, mobil tersebut bergerak dengan kecepatan v_{0 ,} dan pada saat t maka kecepatannya menjadi v .
Maka diperoleh rumus :

Keterangan :

Gerak Lurus Berubah Tidak Beraturan
Untuk menghitung suatu benda yang bergerak berubah tidak beraturan tidak bisa menggunakan rumus apapun, untuk menyelesaikan soalnya kita harus mengetahui bagaimana ketergantungan percepatan suatu benda terhadap waktu

GERAK MELINGKAR
Gerak melingkar adalah gerak yang lintasannya mempunyai pusat kelengkungan dengan radius tetap. Dalam kehidupan sehari hari kita sering melihat contoh gerak melingkar, yaitu jarum jam yang berputar, roda kendaraan yang berputar dan lain-lain

planet melakukan gerak melingkar
di sekitar matahari

Gerak Melingkar Beraturan (GMB)
kecepatan benda yang bergerak melingkar selalu berubah dan arah kecepatannya sesuai dengan arah garis singgung dari titik di mana benda tersebut berada.contoh sebuah benda yang bergerak melingkar dengan laju tetap sepanjang busur lingkaran yang beradius Rndisebut gerak melingkar beraturan.

a. Laju Linear
            Gerak melingkar lintasannya adalah lingkaran maka jarak tempuh benda addalah busur lingkaran. Jika dalam selang waktu t benda menempuh busur lingkaran s maka dikatakan benda mempunyai laju linear sebesar v yang besarnya adalah 

Keterangan :
v =  laju linear (m/s)
s =  Panjang busur lingkaran sebagai lintasan (m)
t =  waktu (s)

waktu yang dibutuhkan oleh benda untuk berputar satu kali putaran sempurna disebut periode dan dinyatakan dengan lambang T. satuan periode dalam Standard Internasional yaitu Sekon (s). Jumlah putaran yang dilakukan oleh benda tiap satuan waktu disebut frekuensi dan diberi lambang f. satuan frekuensi dalam Standard Internasional yaitu hertz (Hz). Hubungan periode dan frekuensi yaitu 

Keterangan :
T = periode (s)
f = Frekuensi (Hz)
            Keliling lingkaran yang ber-radius R adalah 2.phi.R. Jika benda untuk berputar satu kali memerlukan waktu T maka laju linear benda adalah:

Keterangan :
v = Laju linear (m/s)
R = Radius/jari-jari lingkaran (m)
T = Periode (s)
f = frekuensi (Hz)

Baca juga : Pengukuran - Besaran, Satuan dan Dimensi

b. Kecepatan Sudut

            Benda yang bergerak melingkar mempunyai kecepatan sudut sebesar w0 (omega). Kecepatan sudut didefinisikan sebagai sudut yang ditempuh tiap satuan waktu t atau :

Benda yang berputar dalam 1 periode maka sudut yang ditempuh adalah 2phi radian sehingga kecepatan sudut dapat dirumuskan :

Contoh Soal
            Suatu benda bergerak melingkar beraturan dengan radius lintasannya 100 cm. benda ini berputar 3 kali dalam waktu 12 menit.
Hitunglah :
a. Periode putaran benda
b. kecepatan sudut benda
c. kecepatan linear benda
Penyelesaian :

Gerak Melingkar Berubah Beraturan
            Pada saat seseorang mengendarai sepeda motor terlihat roda kendaraan berputar dari keadaan diam kemudian berputar semakin lama semakin cepat sampai pada akhirnya laju perputaran roda tersebut tetap. Gerak melingkar roda tersebut berputar makin lama makin cepat jika perubahan kecepatan sudutnya tetap maka gerakan tersebut disebut gerak melingkar berubah beraturan.
            Suatu benda yang berputar dengan kecepatan sudut awal w₀ dan mempunyai percepatan sudut sehingga dalam waktu t kecepatan sudut benda tersebut adalah :

Sudut yang ditempuh oleh benda adalah posisi sudut pada saat t dikurangi posisi sudut pada saat awal atau 

maka,

Keterangan :

Jika posisi sudut benda saat awal atau saat t=0 adalah nol, maka  

                                                        

HUKUM NEWTON

   Hukum I Newton

            Hukum I Newton menyatakan apabila resultan gaya yang bekerja pada suatu benda mendekati nol, benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kelajuan tetap dan benda yang diam akan tetap diam. Hukum newton disebut juga Hukum Kelembaman/Inersia

Contoh :

dua orang dengan besar gaya yang sama saling mendorong, maka keduanya tidak akan ada yang berpindah posisi.

Hukum II Newton
            Hukum II Newton menyatakan percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massa dan berbanding lurus dengan gaya yang bekerja pada benda tersebut. 

contoh hukum II newton
seseorang yang sedang mendorong mobil akan membuat mobil tersebut bergerak

Contoh :
sebuah mobil bermassa 1000 kg dan memiliki gaya sebesar 100.000 N. berapa percepatan yang dialami mobil tersebut ?
jawab:
Hukum III Newton
            Hukum III Newton menyatakan jika benda pertama mengerjakan gaya pada benda kedua, benda kedua akan mengerjakan gaya pada benda pertama yang sama besar namun berlawanan arah. Gaya tersebut disebut gaya aksi reaksi. Gaya aksi reaksi bekerja pada dua benda yang berbeda.

F_{aksi =} - F_reaksi

Pada saat kita meletakkan buku di atas meja, dalam kondisi tertentu, buku tersebut diam diatas meja. Buku mempunyai massa dan berat. Jika buku diam maka ada yang mengimbangi gaya berat dari buku tersebut. Maka dengan hukum III Newton dapat dijelaskan bahwa :
W adalah gaya berat buku karena gaya Tarik bumi
W’= -W dikerjakan oleh buku pada bumi
W dan W’ adalah aksi dan reaksi.
maka W’=W

contoh hukum III newton

contoh soal :
Sebuah buku diletakkan di atas meja. Meja diletakkan diatas bumi. Massa buku adalah 1 kg jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2 maka hitunglah besar gaya reaksi bumi terhadap buku.

“Intelligence plus character, that is the goal of true education.”- Marthin Luther King  🤞🤞