Gaya dan Percepatan, Usaha, Tekanan

Gaya dan Percepatan

A.    Identifikasi Gaya

Mungkin kalian sudah pernah mengenal tentang gaya. Diberbagai media kalian telah banyak melihat orang-orang yang sedang bergaya. Bahkan kalian bergaya meniru suatu bintang sinetron atau gaya anak band. Tetapi itu bukan gaya yang dimaksud dalam pelajaran yang akan kita pelajari kali ini.

Gaya dalam ilmu fisika adalah tarikan atau dorongan pada suatu benda.

Gaya dibedakan menjadi dua yaitu gaya sentu dan tak sentuh. Gaya sentuh adalah Gaya yang timbul karena persentuhan langsung secara fisik antara dua benda. Contohnya Gaya Otot (Ex: Tatik Tambang, Angkat Besi, dll), Gaya Gesekan (Ex: Ketika kita mendorong meja, Ketika kita sedang berjalan). Sedangkan Gaya Tak Sentuh adalah Gaya yang timbul walaupun dua benda tidak bersentuhan langsung. Contohnya: Gaya gravitasi Bumi (Ex: Buah durian yang jatuh dari pohonnya, dll), GayaListrik (Ex: Penggaris yang telah digosokkan kerambut yang kering dapat menarik robekan-robekan kertas kecil), Gaya magnet (Ex: Tarikan antara dua kutub yang tidak sejenis)

Jika suatu benda dikenai gaya, maka akan tibul beberapa kemungkinan diantaranya sebagai berikut:

1.     Benda dian menjadi bergerak. (Ex: Bola sepak yang diam di tanah menjadi bergerak setelah kamu tendang)

2.     Benda bergerak menjadi diam. (Ex: Bola basket yang dilempar ke arah mu menjadi berhenti setelah kamu tangkap)

3.     Bentuk dan ukuran benda berubah. (Ex: Karet gelang yang kamu tarik, bentuknya berubah dan ukuran panjangnya juga berubah)

4.     Arah gerak benda berubah. (Bola sepak yang menuju ke arahmu berubah setelah kamu tendang)

Alat yang digunakan untuk mengukur besarnya gaya digunakan Neraca Pegas atau dynamo meter. Neraca pegas memiliki skala yang tertera di samping. Posisi jarum menunjukkan besarnya gaya. Jika jarum menunjukkan angka 8, maka besarnya gaya sama dengan 8 N

Gaya Gesekan

Gaya gesekan adalah gaya yang terjadi antara dua benda yang saling bergesekan. Contohnya saat kita mendorong alamari, maka akan terjadi gaya gesekan antara kaki almari dengan lantai. (Perhatikan gambar diatas). Gaya gesekan dapat dibedakan menjadi tiga yaitu gaya gesekan udara, gaya gesekan air, dan gaya gesekan antara dua zat padat.

Besarnya  gaya  gesek  bergantung  pada  kekasaran  permukaan  benda  yang  bergesekan.  Semakin  kasar  permukaan yang bergesekan, semakin besar pula gaya gesek nya. Itulah yang menyebabkan kamu harus memakai alas sepatu yang bergerigi agar  kamu  dapat  berjalan  dengan mantap. Gaya  gesek pun dapat terjadi di udara dan di air. Keadaan inilah yang membuat motor  boat atau pesawat  terbang  selalu dirancang  runcing di bagian  depannya.  Hal  tersebut  dilakukan  untuk mengurangi gaya gesek  air atau udara.

1. Gaya Gesekan Udara

Ampbillah dua lembar kertas yang sama besar. Beri nama A dan B. Kertas A biarkan utuh terbentang, sedangkan kertas B dibuat bulatan seperti bola. Lalu jatuhkan kertas A dan B pada ketinggian yang sama. Kertas mana yang lebih dulu sampai ke lantai?

Dari percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa:

? Semakin besar luas permukaan kertas, Semakin besar gaya gesekan udara yang bekerja, sehingga Semakin lambat gerak kertas

? Semakin kecil luas permukaan kertas, Semakin kecil gaya gesekan udara yang bekerja, sehingga Semakin cepat gerak kertas

2.     Gaya Gesekan Pada Permukaan Air

Mungkin kamu pernah bermain lempar batu diatas air. Saat kamu melempar batu tersebut, mungkin batu tersebut akan meloncat-loncat diatas air dan pada akhirnya akan berhenti.

Batu yang kamu lempar dipermukaan air akhirnya akan berhenti. Batu berhenti karena pada batu bekerja gaya gesekan oleh permukaan air yang arahnya berlawanan dengan arah gaya dorong

Contoh gaya gesekan yang terjadi di air adalah Kapal Laut, ikan Lumba-lumba, dll memiliki bentuk streamline untuk mengurangi gaya gesekan pada air, sehingga dapat melaju dengan cepat

3. Gaya Gesekan Atar Zat Padat

Gaya gesekan antara dua zat padat dapat dibedakan emnjadi dua yaitu gaya gesekan statis dan gaya gesekan dinamis. Gaya gesekan statis adalah Gaya gesekan yang dialami benda ketika benda masih diam. Sedangakan Gaya gesekan kinetis adalah Gaya gesekan yang dialami benda ketika benda bergerak

Gaya Gesekan yang Menguntungkan dan Merugikan

Ä Menuntungkan

1.     Gesekan telapak kakimu dengan tanah menyebabkan kamu dapat berjalan diatas tanah.

2.     Ban mobil dibuat bergerigi, agar gaya gesekan permukaan jalan pada ban mobil cukup besar.

3.     Gesekan pada piringan rem sepeda motor digunakan untuk memperlambat kelajuan sepeda motor.

4.     Gesekan udara dapat memperlambat kelajuan jatuh penerjun. Ini membuat penerjuan dapat mendarat ditanah dengan selamat

Ä Merugikan

1.     Gesekan atara bagian-bagian mesin dengan kopling secara langsung dapat menimbulkan panas yang berlebihan. Ini dapat menyebabkan mesin mobil dan kopling cepat rusak atau aus. Untuk mengatasinya, mesin mobil dan kopling diberi oil agar permukan-permukaannya terpisah oleh oil. sehingga tidak terjadi pergesekan secara langsung.

2.     Gaya gesekan ban mobil dengan permukaan jalan, menyebabkan ban mobil cepat tipis

3.     Gaya gesekan udara pada mobil menyebabkan mobil tidak dapat bergerak dengan kelajuan tinggi

4.     Gesekan air laut pada kapal laut sangat menghambat gerak kapal

Gaya Berat

Dalam kehidupan sehari-hari / masyarakat kita sudah salah kaprah ketika kita menimbang suatu benda. Misalnya dari hasil kita menimbang tembakau beratnya 50 Kg. Hal tersebut salah, seharusnya bukan menggunakan kata berat tetapi massa tembakau 50 Kg

Massa (m) adalah ukuran jumlah materi yang dikandungan oleh suatu benda. Oleh sebab itu, massa tidak dipengaruhi oleh lokasi benda berada. Massa dimanapun dalam alam semesta adalah tetap. Sedangkan Berat (w) adalah Gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda. Berat benda di bumi adalah gaya gravitasi bumi yang bekerja pada benda. Jelas bahwa berat benda dipengaruhi oleh lokasi benda berada. Berat benda di alam semesta adalah tidak tetap

Secara matematis hubungan antara massa benda dan berat bend adapt ditulis sebagai beriku: 

W = M.g         atau          m = W / g        atau            g = W / m

Keterangan:

W = Gaya Berat (N)

m = Massa (Kg)

g  = Percepatan Gravitas Bumi (m/s²)

B.    Penjumlahan Gaya

Dalam ilmu fisika besaran terbagi atas dua yaitu besaran Skalar dan besaran vektor. Besaran skalar adalah besaran yang mempunyai besar atau nilai saja. Sedangkan besaran vektor adalah besaran yang mempunyai besar dan arah.

Gaya 10N ke kiri menyebabkan mobil bergerak ke kiri dan gaya 10N ke Kanan menyebabkan mobil bergerak ke kanan. Jadi gaya 10N ke kiri berbeda dengan gaya 10N ke kanan. Walaupun besar kedua gaya sama.

Gaya dapat dilukiskan dengan diagram vektor, yang berupa sebuah anak panah. Misalkan sebuah gaya F kita lukiskan dengan anak panah OA (lihat gambar).

Keterangan

O à Titik Tangkap                      A à Ujung                           F à Gaya

Panjang anak panah menyatakan nilai atau besar gaya, dan arah anak panah menyatakan arah gaya

Contoh:

a.     Diagram vector F₁ = 3N ke kanan dilukiskan dengan anak panah yang mempunyai titik tangkap A, berarah ke kanan dengan panjang 3cm, artinya  besar gaya 1N dilukiskan dengan panjang 1 cm

b.     Diagram vector F₂ = 3N ke kiri dilukiskan dengan anak panah yang mempunyai titik tangkap B, berarah ke kiri dengan panjang 3cm, artinya  besar gaya 1N dilukiskan dengan panjang 1 cm

Ä Melukis Penjumlahan Gaya

Jika terdapat dua buah gaya F₁ dan F₂ seperti pada gambar

      maka penjumlahan gaya adalah R = F₁ + F_2. dilukis dengan menempuh langkah-langkah berikut:

a.       Lukis salah satu gaya (misalnya  F₁)

b.       Lukis gaya ke dua (F₂) dengan titik tangkap berimpit dengan ujung vector pertama

c.        Jumlah kedua gaya (F₁ + F₂) adalah anak panah yang menghubungkan titik tangkap gaya pertama ke ujung gaya ke dua

Cara melukis penjumlahan gaya dengan langkah-langkah seperti ini disebut dengan metode polygon

Ä Melukis Selisih Gaya

Bagaimana jika kita ingin melukis selisih gaya F₁ dan F₂ yang biasa kita tulis (F₁ - F₂)? Secara mamtematis kita dapat menuliskan selisih gaya ini menjadi penjumlahan gaya sebagai berikut: S = F₁ - F₂ = F₁ +(- F₂), dengan - F₂ adalah gaya yang besarnya sama dengan besar gaya F₂­, akan tetapi arahnya berlawanan. Dengan demikian cara melukis selisih gaya sama dengan melukis penjumlahan gaya. Hanya saja arah gaya F₂ di balik. Perhatikan Gambar

Ä Resultan Gaya

Dua atau lebih gaya yang bekerja pada sebuah benda  dapat diganti oleh sebuah gaya. Gaya pengganti ini disebut resultan gaya (diberi lambing R).

Jika gaya F₁ dan F₂ bekerja pada suatu benda maka reseultan gaya R dituliskan sebagai berikut

R = F₁ + F₂

Suatu contoh dalam kehidupan sehari-hari, jika kita mengamati seseorang memanah. Sesaat dan sebelum anak panah dilepaskan bekerja dua buah gaya F₁ dan F₂. Resultan gaya R = F₁ + F₂ dapat kita lukiskan dengan metode polygon.

Menentukan resultan dari gaya-gaya segaris

Untuk lebih mudah memahaminya kita pelajari contoh berikut ini.

Diketahui gaya F₁ = 2 N ke kanan, F₂ = 5 N ke kanan, dan F₃ = 5 N ke kanan. Tentukan besar dan arah:

(a)     P = F₁ + F₂              (b) Q = F₁ – F₂     (c) R=F₂ - F₁                         (d) T=F₂ - F₁

Jawab

          Kita tetapkan panjang 1 Cm sama dengan 1 N, F₁ =  2 N ke kanan digambar sebagai vector kekanan dengan panjang 2 Cm. F₂ = 5 N ke kanan di gambar sebagai vector ke kanan dengan panjang 5 Cm, dan F₃ = 5 N ke kanan digambar sebagai vector ke kanan dengan panjang 5 Cm.

Diagram vector  P = F₁ + F₂

Jadi, Gaya P = F₁ + F_2, berarah ke kanan dan besarnya 7 N

(a)     Diagram vector  Q = F₁ – F₂

Jadi, Gaya Q = F₁ – F_2, berarah ke kiri dan besarnya 3 N

(b)     Diagram vector  R = F₂ - F₁

Jadi, Gaya R = F₂ - F₁          berarah ke kanan dan besarnya 3 N

(c)     Diagram vector  T= F₂ – F₃

Jadi, Gaya T= F₂ – F_3, sama dengan nol menyatakan kesetimbangan

C.    Hukum Newton

Ä Hukum I Newton

Newton menyatakan hokum gerak pertama yang disebut Hukum I Newton. Dari terjemahan buku asli dari Newton yang berjudul principia.

“ Tiap benda terus dalam keadaan diamnya atau terus dalam keadaan gerak teraturnya dengan kelajuan tetap pada garis lurus, kecuali jika benda itu dipaksauntuk mengubah keadaannya (diam atau bergerak) oleh gaya-gaya yang dikerjakan padanya.”

Tidak ada gaya yang bekerja pada suatu benda sama artinya dengan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol.

Dengan demikian, Hukum I Newton dapat juga dinyatakan dalam bahasa resultan gaya nol sebagai berikut.

“ Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol maka benda yang mula-mula diam akan terus diam (mempertahankan keadaan diam), sedangkan jika benda mulu-mula bergerak akan terus bergerak dengan kecepatan tetap (mempertahankan keadaan geraknya)”

Sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaan geraknya (diam atau gerak) disebut inersia atau kelembaman (kemalasan). Oleh karena itu Hukum I Newton juga dikenal dengan sebutan Hukum Kelembaman.

Secara matematis, Hukum I Newton dinyatakan sebagai berikut. Jumlah semua gaya sama dengan nol

untuk benda diam atau benda bergerak dengan kecepatan tetap

Contoh benda yang cenderung mempertahankan keadaan geraknya:

1.     Pengendara sepeda motor yang mengemudikan kendaraannya dengan cepat, kemudian Ia menabrak sebuah tembok. Pengendara akan terpental.

2.     Penumpang bus yang sedang melaju akan terdorong ke depan jika bus di rem mendadak.

Contoh benda yang cenderung mempertahankan keadaan diamnya:

1.     Sebuah kelereng yang berada diatas selembar kertas yang terletak diatas meja yang licin. Jika kertas ditarik dengan cepat, kelereng akan tetap diam.

2.     Beberapa peristiwa dimana resultan gaya ∑F = 0   

Ä Hukum II Newton

Pada Hukum I Newton, gerak benda ketika resultan gaya sama dengan nol dan benda bergerak dengan kecepatan tetap. Dalam hal ini kita dapat mengatakan bahwa benda tidak mengalami percepatan (percepatan =0).

Bagaimana jika pada sebuah benda bekerja gaya dengan resultan gaya yang tidak nol? Dalam peristiwa ini kecepatan benda kan berubah, dan kita katakan bahwa benda mengalami percepatan.

Sesuai dengan eksperimennya Newton menyatakan Hukum II Newton yang berbunyi:

“Percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding terbalik dengan resultan gaya, searah dengan resultan gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda”

Secara matematis dapat ditulis

F = m . a
∑F = Resultan gaya (N)

m   = Massa benda (Kg)

a    = Percepatan benda (m/s²)

Satu Newton (dituli 1 N) didefinisikan sebagai gaya yang menghasilkan percepatan 1 m/s² ketika gaya ini diberikan pada benda bermassa 1 Kg

Satuan F = (Satuan m) x (Satuan a)

1 N = (1 Kg) x (1 m/s²)

1 N = 1 Kg m/s²

Ä Hukum III Newton

Ketika Naruto sedang berlari, kemudia Naruto tersandung oleh batu. Apa yang Naruto rasakan? Bisa saja jari kaki Naruto terluka. Mengapa bias demikian? Ketika Naruto mengerjakan gaya pada batu, ada reaksi dari batu akibat tendangan Naruto. Batu ini berbalik mengerjakan gaya pada Naruto. Sayangnya jari Naruto tidak sekeras batu, sehingga jari kakinya terluka.

Newton menyatakan hukum III Newton sebagai berikut.

“Jika A mengerjakan gaya pada B, B akan mengerjakan gaya pada A, yang besarnya sama tetapi berlawanan”.

Hukum III Newton disebut juga aksi-reaksi

Secara matemetis dapat ditulis                            aksi = - reakasi

Contoh Hukum III Newton:

1.                         Sasuke berjalan (Aksi : Sasuke mendorong lantai kebelakang               Reaksi: Lantai mendorong Sasuke kedepan)

2.                        Lie Berenang (Aksi : Tangan Lie mendorong air kebelakang   Reaksi: Air mendorong tangan Lie kedepan)

USAHA dan ENERGI

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering mendengarkan kata-kata energi dan usaha. Akan tetapi, jika kita ditanya apa yang dimaksud dengan energi. Kita merasa kesulitan untuk menjelaskannya.

Pada kenyataannya hampir setiap saat kita sudah mengeluarkan energi dan usaha. Akan tetapi kita tidak pernah menyadarinya. Untuk lebih memahami apa yang dimaksud dengan energi dan usaha, kita pelajari dan pahami materi berikut ini.

A.       BENTUK ENERGI DAN PERUBAHANNYA

1.       PENGERTIAN ENERGI

Makanan yang kita nikmati setiap hari seperti Nasi, Lauk, Buah dan minuman merupakan sumber energi kimia bagi tubuh kita. Apa yang kita rasakan andai kita tidak makan sehari? Tentunya tubuh kita akan terasa lemas bukan?

Ketika kamu berlari menempuh suatu lintasan, gaya ototmu melakukan usaha untuk menggerakkan dirimu pada kecepatan tertentu. Setelah berlari beberapa menit, kamu merasa letih. Mengapa? Ini karena usaha oleh gaya ototmu ketika berlari mengubah sebagian energi kimia yang tersimpan dalam ototmu menjadi energi gerak. Dapatkah kamu terus berlari? Tentu tidak. Ini karena usaha oleh gaya ototmu membuat energi kimia dalam ototmu terus berkurang. Suatu saat energi kimia dalam ototmu tidak sangup lagi membuatmu berlari. Dalam keadaan seperti ini kamu harus beristirahat. Bahkan, sebaiknya minum dan makan. Minuman dan makanan member tambahan energy kimia dalam ototmu, sehingga kamu sanggup berlari lagi.

Dari ilustrasi diatas, kita dapat mendifinisikan energy sebagai berikut.

ENERGI adalah Kemampuan untuk melakukan usaha. Sedangkan USAHA adalah gaya yang bekerja pada suatu benda, menyebabkan benda itu berpindah posisi/tempat

2.       BENTUK-BENTUK ENERGI

a.       Energi Mekanik à Terdapat pada benda yang bergerak.

J Contoh: Air terjun yang berada dipuncak tebing, Mobil yang  bergerak pada kelajuan 100 Km/jam

b.       Energi Bunyi à Energi yang dihasilkan oleh getaran-getaran partikel udara disekitar sebuah sumber bunyi.

J Contoh: Radio atau Televisi yang sedang beroperasi mengeluarkan suara

c.        Enegrgi Kalor (Energi Panas) à Merupakan bentuk energy yang dihasilkan oleh gerakan internal partikel-partikel dalam  suatu zat.

J Contoh: Gosokkan tanganmu dalam beberapa menit. Apa yang tejadi? Panas bukan? atau bentuk energy laian biasanya baru dapat digunakan apabila diubah terlebih dahulu dalam bentuk kalor. Setrika, Solder, dan Kompor bekerja dengan memamfaatkan energy kalor. 

d.       Energi Cahaya à Energi yang dihasilkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik

J Contoh: Senter, Lampu Listrik

e.       Enegi Listrik à Merupakan energy yang tersimpan dalam arus listrik (muatan yang bergerak)

J Contoh: Berbagai peralatan listrik seperti: Kompor Listrik, Solder, Kipas Angin, Komputer, Televisi, Radio

f.         Energi Kimia à Energi yang timbul akibat terjadinya reaksi kimia

J Contoh: Aki, Bahan Bakar (Bensin), Makanan

g.       Energi Nuklir à Energi yang dihasilkan oleh reakasi inti dari bahan radioaktif

J Contoh: Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

h.        Energi Radiasi à merupakan energy yang diperoleh dari benda berpijar

J Contoh: Radiasi  benda-benda luar angkasa

3.       ENERGI MEKANIK

Pernahkah kamu melihat buah jatuh dari pohonnya? Buah yang jatuh dari suatu ketinggian tersebut memiliki energi mekanik. Apa yang dimaksud energi mekanik? Energi mekanik adalah energi yang dimiliki suatu benda yang berkaitan dengan gerak dan ketinggiannya. Energi mekanik terdiri atas energi potensial dan energi kinetik. Berikut penjelasan kedua energi tersebut.

A.    ENERGI POTENSIAL

Cobalah kamu ambil sebuah batu. Peganglah batu tersubut, dan angkat sejauh 50 Cm dari bangku kamu, kemudian lepaskan. Ketika batu terjatuh dan menyentuh bangku, terdengar suara bukan? Suara terbut menunjukkan energi yang dimiliki batu. Akan tetapi ketika batu berada ditangan, batu belum memiliki energi, baru setelah batu dilepas dan menyentuh bangku, batu memiliki energi.

Ulangi percobaan tadi. Tetapi angkatlah batu setinggi 100 Cm dari bangu. Bagaimana dengan sura yang ditimbulkan? Tentunya lebih nyaring bukan?

Bagaimana jika massa batu tersebut kalian ganti dengan yang lebih besar. Apa yang terjadi? Tentunya energinya (suara) semakain besar (nyaring) pula.

 Energi potensial adalah energi yang disebabkan oleh posisi benda. Pada kasus ini, posisi benda adalah ketinggian diukur dari lantai.

SeSemakin tinggi posisi (ketinggian) suatu benda, seSemakin besar energi potensialnya. Dan seSemakin besar massa suatu benda seSemakin besar pula energi potensialnya.

Sehingga secara matematis besarnya energi potensial dituliskan:      Ep =  m . g . h

                                                                                                                             

Keterangan:

Ep =  Energi Potensial (Joule)                              m  = Massa (Kg)

g  = Percepatan Gravitasi (m/s²)                           h  = Ketinggian benda (m) 

Contoh Soal

Seorang pemanjat tebing bermassa 60 kg berada di ketinggian 100 m dari tanah. Berapa energi potensial yang dimiliki pemanjat tersebut? (g = 10 m/s²)

Diketahui :                 m = 60 Kg

                                    h = 100 m              g = 10 m/s²

Ditanya :    Ep = ……..?

Jawab   :   Ep = m . g . h

                  Ep = 60 . 10 . 100   è Ep = 60. 000 Joule

B.    ENERGI KINETIK

Cobalah kalian ambil dua buah batu yang besarnya tidak sama. Peganglah batu yang lebih kecil dan leper ke tembok dengan perlahan. Amati bunyi batu dan kondisi tembok. Mungin bunyinya tidak nyaring dan tembok tidak bongkar. Sekarang ambil kembali batu tadi, kemuadian kamu lemparkan dengan keras. Bagaimana suara batu dan kondisi tembok? Mungkin suaranya lebih keras dan tembok bongkar.

Bagaimana jika batu tersebut diganti dengan batu yang lebih besar? Apakah energinya seSemakin besar pula?

Batu yang dilempar tadi memiliki kelajuan. SeSemakin cepat kelajuan suatu benda seSemakin besar energi yang dimiliki. Dan seSemakin besar massa benda seSemakin besar pula energinya. Kelajuan benda yang memiliki energi tersebut disebut Energi Kinetik. Jadi Energi Kinetik adalah Energi yang dimiliki benda karena kelajuannya.

Secara matematis dituliskan sebagai berikut:                             Ek = ½ m v²

Keterangan:

Ek = Energi Kinetik (Joule)

m   = Massa Benda (Kg)                         v = Kelajuan Benda (m/s)

Contoh Soal

Massa Naruto dan sepedanya 60 Kg , sedang bergerak dengan kelajuan 5 m/s berapa energy kinetic yang dimiliki Naruto?

Diketahui : m = 60 Kg           v = 5 m/s

Ditanya    : Ek = ………?

Jawab: Ek = ½ m v²

               Ek = ½ . 60 Kg . 5² m/s      è   Ek =  30 . 25      è   Ek=  750 Joule

C.   ENERGI MEKANIK

Energi Mekanik adalah Energi yang dimiliki benda karena pengaruh ketinggian dan kelajuan benda. Jadi Energi Mekanik merupakan pnjumlahan dari Enrgi Potensial dan Energi Kinetik. Secara matematis dituliskan:

                   Em = Ep + Ek

Keterangan:

Em = Energi Mekanik (Joule)                                Ep = Energi Potensial (Joule)

Ek = Energi Kinetik (Joule)

Contoh Soal

Massa buah kelapa 2,5 Kg berada pada pohonnya dengan ketinggian 20 m. Karena buahnya sudah tua, buah tersebut jatuh. Jika g = 10 m/s² . Berapa kecepatan buah kelapa pada saat ketinggian 12 m dari tanah?

Diketuhui   : m = 2,5 Kg           h₁ = 20 m                               h₂ = 12 m               g = 10 m/s²

v2 = 2 . g ( h1 - h2 ) v = √2 . g ( h1 - h2 ) v = √2 . 10 ( 20  - 12 ) v = √20 ( 8 ) v = √160   è v = 12,65 m/s

Ditanya      : v = ……?

Jwb             :          Em₁ = Em₂

                      Ep₁ + Ek₁ = Ep₂ + Ek₂

  Ep₁ +   0   = Ep₂ + Ek₂

                      m . g . h₁ = m . g . h₂ + ½ . m . v²

                            g . h₁ =  g . h₂ + ½ . v²

                           ½ . v² = g . h₂ - g . h₁

D.    HUKUM KEKEKALAN ENERGI

“ Energi tidak dapat diciptakan atau tidak dapat dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain “

B.     U S A H A

Dalam kehidupan sehari-hari, kamu pasti sering mendengar kata “usaha”. Misalnya, kamu berusaha keras mempelajari pelajaran Fisika untuk mempersiapkan diri menghadapi ulangan. Seorang atlet balap sepeda berusaha keras untuk menghadapi olimpiade. Romi berusaha mendorong lemari sejauh 3 meter.

Sebuah benda dikatakan melakukan usaha jika ada gaya yang dilakukan pada benda tersebut atau benda tersebut memberikan gaya yang menyebabkan benda tersebut berubah posisinya.

Dari pengertian gaya, usaha (W) dapat dituliskan dalam bentuk matematis, yaitu hasil kali antara gaya (F) dan perpindahan (s). Dalam hal ini, usaha searah dengan gaya, sehingga usaha merupakan besaran vektor.

                        Secara matematis ditulis : W = F. s

        Ket :                           W = Usaha (Joule)

                             F = Gaya (Newton)

                              s = Jarak (m)

Contoh Soal

Naruto mendorong almari dengan gaya 600 N. Almari bergeser sejauh 2 m. Hitunglah berapa usaha yang dilakukan oleh Naruto?

Diketahui       :    F = 600 N         s = 2 m

Ditanya          : W = ……..?

Jawab            :   W = F . s    è  W = 600 N . 2 m   è  W = 1200 Nm    è   W = 1200 Joule

HUBUNGAN USAHA dengan ENERGI

Kamu memegang batu pada suatu ketinggian h₁, kemudian batu tersebut kamu ubah kedudukannya ke tempat yang lebih tinggi h₂. Untuk melakukan itu, otot tanganmu melakukan usaha yang besarnya sama dengan selisih energi potensial pada ketinggian h₂ (Ep₂) dan energi potensial pada ketinggian h₁ (Ep₁). Usaha di sini dapat dituliskan dalam bentuk persaman berikut.

W = E₁ – E₂

Keterangan

W = Usaha (Joule)      E₁ = Energi pada keadaan 1 (Joule)               E₂ = Energi pada keadaan 1 (Joule)

Contoh Soal

1. Sebuah benda yang sedang bergerak mempunyai energi kinetik 500 Joule. Benda tersebut dipercepat hingga energi kinetiknya 600 Joule. Hitunglah usaha yang dilakukan benda tersebut!

Diket               : Ek₁ = 500 Joule Ek2 = 600 Joule

Dit                   : W = .... ?

Jwb                 : W = E₂ – E₁        è     = 600 – 500 = 100 Joule

Jadi, usaha yang dilakukan untuk benda tersebut adalah100 Joule

2. Sebuah mobil massanya 1.500 kg bergerak dengan kelajuan 72 km/jam. Pengemudi melihat ada kemacetan di depan maka rem diinjak sehingga kelajuan mobil menjadi 36 km/jam. Selama pengereman, mobil menempuh jarak 20 m. Hitunglah gaya yang dilakukan rem pada roda!

Jawab:

Diket :     m = 1.500 kg                     v₁ = 72 km/jam = 20 m/s                    v₂ = 36 km/jam = 10 m/s                 s = 20 m

Dit :        F = .... ?

Jwb  : Energi mobil adalah energi kinetik.

        Ek = ½ m v²

            Ek₁ = ½ . 1500 . (20)²        è  Ek₁ = 750 . 400        è Ek₁ = 300.000       è Ek₁ = 3 x 10⁵ Joule

               Ek₂ = ½ . 1500 . (10)²        è  Ek₂ = 750 . 100        è Ek₂ = 75.000         è Ek₂ = 0,75 x 10⁵ Joule

W = Ek₂ – Ek₁       è        W = 0,75 x 10⁵ Joule  - 3 x 10⁵ Joule                                 è           W = – 2,25 × 105 Joule

F = W / s                è           F = –2,25 × 105 Joule / 20 m                            è           F = - 11.250 N

Jadi, gaya yang dilakukan rem pada roda adalah –11.250 N.

C.     D A Y A

Usaha dapat didefinisikan sebagai perubahan energi. Jika perubahan energi ini diukur setiap satu sekon, akan didapatkan sebuah besaran baru yaitu perubahan usaha setiap satu sekon. Besaran tersebut disebut daya. Jadi, daya dapat didefinisikan sebagai perubahan energi setiap satu sekon. Dalam bahasa Inggris, daya adalah power. Dengan demikian, daya dilambangkan dengan P.

Secara matematis dituliskan sebagai berikut :   P = W / t

                                                                                          

Keterangan:

P = Daya (Joule / Sekon)           W =  Usaha (Joule)             s = Waktu (Sekon)

Bagaimana hubungan antara daya, kecepatan, dan usaha? Ingat kembali hubungan antara gaya dan usaha yang dirumuskan dengan W = F × s. Gaya F yang bekerja pada benda yang sedang bergerak sejauh Δs, sehingga:

W = F × Δs         Besarnya Daya rata – rata : P = W / t       è      P = F x Δs / t       è  P = F / v

Jadi, besarnya Daya sesaat adalah            P = F / v

        Keterangan:

 P = Daya Sesaat         F =  Gaya              v = Kecepatan

Contoh Soal:

Seorang pria yang beratnya 600 N mampu menaiki tangga setinggi 10 m dalam waktu 10 detik. Berapa daya yang dimiliki pria tersebut?

Jawab:

Diketahui       : W = 600 N                           s = 10 m                 t = 10 s

Ketika menaiki tangga, otot pria tersebut mengerjakan gaya yang sama dengan berat badannya yaitu F = 600 N.

Ditanya          : P = .... ?

Jawab            : P = W /t                è       P = (F x s)  / t         è      P = ( 600 N . 10 m)  / 10 sekon

                         P = 6000 Mm / 10 s            è  P = 600 joule/sekon.

Jadi, daya yang dimiliki pria tersebut adalah 600 joule/sekon.

D.     PESAWAT SEDERHANA

Setiap alat yang mempermudah kita melakukan usaha di sebut pesawat. Saat ini telah banyak berkembang macam-macam pesawat. Misalnya pesawat televisi, pesawat terbang, computer, dan robot. Pesawat seperti ini disebut pesawwat rumit. Pesawat rumit merupakan gabungan dari beberapa pesawat sederhana.

Pesawat sederhana ada empat jenis yaitu, Tuas atau pengungkit, katrol, bidang miring, dan roda gigi merupakan beberapa jenis pesawat sederhana yang sering digunakan sehari-hari. Berikut ini akan kita pelajari satu per satu.

1. Tuas atau Pengungkit

Tuas atau pengungkit merupakan pesawat sederhana yang sudah tidak asing lagi bagi kita. Tuas telah digunakan oleh manusia untuk mempermudah pekerjaannya sejak zaman prasejarah. Tuas biasa digunakan untuk

mempermudah mengungkit atau memindahkan beban dengan cara memperbesar gaya yang diberikan. Tuas terdiri atas sebuah batang yang berputar pada sebuah titik tetap yang disebut titik tumpu. Contoh tuas yang paling sederhana adalah sebuah tongkat. Prinsip kerja tuas dapat kamu pahami dengan menyimak contoh pada gambar ! Pada gambar tampak seseorang sedang berusaha mengangkat sebongkah batu besar dengan menggunakan tongkat kayu dan sebuah balok kayu. Orang tersebut meletakkan salah satu ujung tongkat kayu di bawah batu kemudian meletakkan balok kayu di bawah tongkat kayu. Tongkat kayu tersebut berfungsi sebagai pengungkit dan balok kayu berfungsi sebagai titik tumpu. Orang tersebut kemudian menekan ujung tongkat kayu yang paling jauh dari batu. Tekanan yang diberikan akan menyebabkan tongkat kayu bergerak. Pergerakan ujung tongkat kayu yang ditekan menyebabkan pergerakan kecil pada ujung tongkat kayu yang dekat

Batu pada contoh di atas disebut beban, sedangkan gaya tekan yang diberikan orang tersebut disebut dengan usaha atau kuasa. Untuk lebih mudahnya, perhatikan gambar di samping!

Tuas berfungsi sebagai pembesar gaya, perbandingan antara beban yang diangkatdan kuasa yang dilakukandisebut keuntungan mekanis. Dengan demikian keuntungan mekanis dirumuskan sebagai:

Keuntungan mekanis = Beban : Kuasa = W / F = lf / lw

               

Bergantung pada letak titik tumpu, tuas dibedakan menjadi tiga macam:

a.       Tuas Kelas Pertama

Titik tumpu selalu berada diantara kuasa dan beban. SeSemakin dekat titik tumpu kebeban, seSemakin besar keuntungan mekanis tuas (Ingat KM = l_F / l_w).

Contoh: Gunting, Tang, dan pembuka Kaleng

b.       Tuas Kelas Kedua

Kuasa dan beban berada pada sisi yang sama dari titik tumpu, dan beban lebih dekatke titik tumpu dari pada kuasa. SeSemakin dekat titik tumpu kebeban, seSemakin besar keuntungan mekanis tuas (Ingat KM = l_F / l_w).

Contoh: Catut / Palu Pencabut Paku, Pembuka Botol, dan Steples

c.       Tuas Kelas Ketiga

Beban dan Kuasa berada pada sisi yang sama dari titik tumpu, tetapi kuas lebih dekat ketitik tumpu dari pada kebeban. Karena lengan kuasa lebih kecil dari pada lengan beban ( l_F < l_w), dengan demikian tuas kelas ke tiga tidak berfungsi sebagai pembesar gaya, melainkan berfungsi sebagai pembesar pemindahan. Jadi tuas kelas ketiga, kita dapat memindahkan benda lebih jauh.

Contoh: Ketika kita menyapu (memakai sapu lidi yang ada tongkat pegangannya)

2.       Katrol

Katrol adalah mesin sederhana yang terdiri dari sebuah roda beralur dimana seutas tali atau rantai bergerak ulang-alik.

a. Katrol Tunggal Tetap

Katrol tunggal tetap berfungsi mengubah arah gaya tarik dari menarik ke atas menjadi menarik ke bawah. Ketika kamu menimba air tanpa melalui katrol, kamu harus menarik tali ke atas. Arah beratmu adalah vertical ke bawah. Karena arah gaya tarikmu berlawanan dengan arah gaya beratmu, gaya ototmu ketika menarik tali keatas tidak dibantu oleh gaya beratmu. Karena itu, pekerjaan menaikkan timba teras berat.

Dengan katrol tetap, arah gaya tarik diubah menjadi kebawah. Sekarang gaya tarik ototmu searah dengan gaya beratmu, sehingga gaya ototmu ketika menarik tali ke atas dibantu oleh gaya beratmu. Karena itu, pekerjaan menaikkan timba terasa lebih mudah.

Pada katrol tetap, pusat katrol (C) terpasang pada temapat yang tetap, sehingga katrol tidak dapat bergerak k eats atau ke bawah, melainkan hanya berputar. Katrol tetap dapat kita anggap sebagai tuas dengan titik tumpu C, titik beban B, titik kuasa A, lengan beban l_w = BC, lengan kuasa l_f = AC, beban = w, dan kuasa = F

Keuntungan mekanis = lf / lw = AC / AB = 1, Sebab AC = BC

b. Katrol tunggal Bergerak

Pada gambar disamping. Tampak beban w ditanggung oleh dua tali, sehingga daya tarik (kuasa) F yang diperlukan hanyalah setengah beban, atau F = ½ w. karena itu, keuntungan mekanis katrol bergerak adalah

Keuntungan mekanis = W / F  = w / ½ w = 2

Fungsi utama katrol bergerak adalah memperbesar gaya

c. Simtem katrol (Takal)

Tetlah kita praktekkan diatas bahwa sebuah katrol tetap tidak memperbesar gaya. Dengan menggunakan dua katrol, dimana satu sebagai katrol tetap dipasang diatas dan satu lagi sebagai katrol bergerak, kamu dapat menarik beban dengan kuasa (gaya tarik) hanya setengah beban. Karena ada dua tali yang menanggung beban w, sehingga secara otomatis, kuasa F sama dengan setengah beban ( F= ½ w ). Keuntungan mekanis katrol ganda ini adalah

Bagaimana jika kamu menggunakan takal dengan tiga katrol, dua sebagai katrol tetap dan satu lagi sebagai katrol bergerak? Ternyata kamu dapat menarik beban cukup dengan kuasa (gaya tarik) sepertiga beban. Ada tig atali yang menanggung beban w. sehingga secara teoritis kuasa F sama dengan sepertiga beban (F = 1 / 3 w). keuntungan mekanis takal dengan tiga katrol ini adalah

Keuntungan mekanis = W / F = W / 1/3 W = 3

3.       Bidang Miring

Bidang miring adalah suatu permukaan miring yang penampangnya berbentuk segi tiga. Bidang miring disini dugunakan sebagai lintasan, dan berfungsi untuk mengalikan gaya. Sehingga usaha menjadi lebih mudah kita lakukan.

Untuk bidang miring apapun, selalu berlaku keuntungan mekanisnya sama dengan nilai perbandingan antara panjang bidang miring (s) dan tinggi bidang miring (h).

Keuntungan Mekanis = Panjang : tinggi = s / h

Maka SeSemakin landai bidang miring, seSemakin besar keuntungan mekanisnya.

Contoh diatas merupakan bidang miring yang diam (benda bergerak), contoh dari bidang miring yang bergerak (bidang bergerak) yaitu:

a. Baji à sebatang logam yang salah satu ujungnya dibuat lebih tipis. Contoh, pisau dan kapak

b. Sekrup à suatu bidang miring yang dililitkan mengitari sebuah batang sebagai pusat, sehingga membentuk sepiral. SeSemakin pendek jarak antarulir, seSemakin panjang jarak yang ditempuh sekrup untuk masuk kedalam kayu

4.       Roda Gigi

Roda gigi atau gir adalah sepasang roda bergerigi saling bersambungan yang dapat digunakan untuk menambah utau mengurangi gaya, disamping untuk mengubah besar dan arah kecepatan putaran.

Roda gigi besar memberikan gaya yang lebih besar, sehingga kuasa yang diperlukan lebih kecil, tetapiini harus dibayar dengan kecepatan putaran yang lebih lambat. Sebaliknya,  roda gigi kecil memberikan kecepatan putar yang lebih cepat, tetapi ini memberikan gaya yang lebih kecil, sehingga harus dibayar dengan kuasa yang lebih besar.

TEKANAN

A.      Tekana Benda Padat

Tekanan didefinisikan sebagi gaya persatuan luas permukaan tempat gaya itu bekerja. Jadi, tekanan yang terjadi akibat adanya gaya terhadap bidang sentuh dituliskan sebagai berikut.   P = F / A

Keterangan:

P = Tekanan (Paskal, disingkat Pa)                                A = Luas Bidang Sentuh (m²)

F = Gaya (N)

Satu Pascal (1 Pa) adalah tekanan yang dilakukan oleh gaya satu Newton pada luas permukaan satu meter persegi

Contoh Soal.

1. Sebuah kotak yang beratnya 500 N dan luas alasnya 1 m² diletakkan di atas lantai. Hitunglah tekanan yang diberikan kotak pada lantai!

Jawab:

Diket : F = 500 N

A = luas alas kotak = 1 m²

Dit :     P = .... ?

Jwb : P = F / A à  P = 500 / 1      à P = 500 Pa

2. Sebuah kotak dengan berat 300 N dan luas alasnya 1,5 m² diletakkan di atas sebuah silinder yang memiliki berat 200 N, luas alasnya 0,5 m² dan terletak di atas lantai. Hitunglah:

a. Tekanan antara kotak dan silinder,

b. Tekanan antara silinder dan lantai,

c. Tekanan antara silinder dan kotak jika silinder diletakkan di atas kotak,

d. Tekanan antara kotak dan lantai jika silinder diletakkan di atas kotak!

Diket : Berat kotak = 300 N;       Luas alas kotak = 1,5 m²;      Berat silinder = 200 N ;   Luas alas silinder = 0,5 m²

Jwb:

a. Tekanan antara kotak dan silinder (kotak di atas silinder)

b. Tekanan antara silinder dan lantai (kotak di atas silinder)

c.  Tekanan antara silinder dan kotak (silinder di atas kotak)

d. Tekanan antara kotak dan lantai (silinder di atas kotak)

B.      TEKANAN ZAT CAIR

1.       HUKUM PASCALL

“ Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam suatu ruang (wadah) tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar (sama kuat) “

Besarnya tekanan hidrostatis di rumuskan sebagi berikut   P = p x g x h

Keteranagn:

  P = Tekanan (N/m²)                          g = Perceptan Gravitasi Bumi (m/s²)

= Massa Jenis (Kg/m³)                 h = Kedalaman (m)

                                    

1. Aplikasi Hukum Pascall

1.                         Dongkrak Hidrolik

skema dongkrak hidrolik disamping:

1) Dua bejana yang berhubungan terbuat dari bahan yang kuat misalnya besi

2) Penghisap kecil dan penghisap besar

3) Minyak pengisi bejana

Adapun cara kerja dongkrak hidrolik tersebut adalah sebagai berikut. Ketika sebuah gaya F1 diberikan melalui tuas dongkrak untuk menekan penghisap kecil A1, tekanan ini akan diteruskan oleh minyak ke segala arah. Oleh karena dinding bejana terbuat dari bahan yang kuat, gaya ini tidak cukup untuk mengubah bentuk bejana. Satu-satunya jalan, tekanan ini diteruskan oleh minyak ke penghisap besar A2.

Tekanan pada penghisap kecil A1 dapat dituliskan:  P1 = F1 / A1

Tekanan ini sama dengan tekanan yang diterima pengisap besar A2. (Ingat Hukum Pascal)

P1 = P2     dapat dituliskan  F1 / A1 = F2 / A2

Keterangan:

P₁ = Tekanan (N/m²)                                                 

F1 = gaya pada penghisap kecil (N)

F2 = gaya pada penghisap besar (N)

A1 = luas penampang pengisap kecil (m2)

A2 = luas penampang pengisap besar (m2)

Contoh Soal.

Sebuah dongkrak hidrolik dengan luas pengisap kecil A1 = 10 cm2 dan luas pengisap besar 60 cm2 digunakan untuk mengangkat beban 6.000 N. Berapa gaya tekan yang harus diberikan pada pengisap kecil supaya beban tersebut terangkat?

Jawab:

A₁ = 10 cm² = 10^-3 m²         A₂ = 60 cm² = 6 × 10^-3 m²                  F₂ = 6000 N

Jadi, diperlukan gaya 1.000 N untuk mengangkat beban seberat 6.000 N.

               

2.  Rem Hidrolik

Tak terbayangkan jika sistem rem pada mobil tidak menggunakan Hukum Pascal. Pengendara mobil akan memerlukan tenaga besar untuk menghentikan laju mobilnya. Akan tetapi, dengan menerapkan Hukum Pascal pada system rem mobil, pengemudi hanya perlu memberikan gaya kecil untuk mengurangi laju kendaraannya. Gaya ini berupa injakan kaki pada pedal rem. Gaya diberikan pengemudi pada pedal rem. Gaya ini diteruskan oleh minyak melalui pipa sehingga memberikan gaya yang lebih besar pada rem yang terdapat di ban mobil. Dengan demikian, laju mobil dapat dikurangi.

Peristiwa pengereman mobil melibatkan prinsip hokum Pascal. Ketika kaki pengemudi menekan pedal rem, pengemudi tersebut mendorong piston (1) yang memaksa zat cair mengalir di dalam silinder (2). Zat alir atau fluida yang ada dalam silinder akan mengalir menuruni pipa ke dua silinder lain (tanda anak panah). Silinder-silinder ini menekan bantalan rem (3) ke cakram di roda. Akibatnya terjadi gesekan antara cakram dengan roda. Gesekan ini akan memperlambat laju mobil sehingga mobil menjadi berhenti.

       3. Mesin Hidrolik Pengankat Mobil

Memperlihatkan sebuah mesin hidrolik pengangkat mobil yang digunakan di tempat pencucian mobil. Secara umum, cara kerja mesin hidrolik tersebut sama dengan dongkrak hidrolik.

    

      4. Pompa Sepeda

Pernahkah kamu memompa ban sepeda? Apakah kamu mengeluarkan banyak tenaga untuk melakukannya? Jika kamu merasa kelelahan, dapat dipastikan bahwa kamu menggunakan pompa yang tidak memanfaatkan sistem Pascal. Ada dua jenis pompa sepeda, yaitu pompa biasa dan pompa hidrolik. Kamu akan lebih mudah memompa ban sepedamu menggunakan pompa hidrolik karena sedikit mengeluarkan tenaga.

2.       BEJANA BERHUBUNGAN

Pernahkah kamu mengamati bentuk permukaan air dalam teko atau selang yang ditekuk? Ternyata, permukaan zat cair tersebut tetap mendatar, dan tidak terpengaruh bentuk tempat zat cair itu. Teko dan selang termasuk bejana berhubungan. Hal ini kemudian dinyatakan dalam hukum yang terkenal dengan nama hukum bejana berhubungan. Hukum bejana berhubungan berbunyi: Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama dan berada dalam keadaan setimbang maka permukaan zat cair dalam bejanabejana terletak pada sebuah bidang datar.

Jika dalam bejana berhubungan terdapat dua jenis cairan yang berbeda, tinggi permukaan kedua zat tersebut dalam bejana berhubungan tidak akan sama. Hal ini disebabkan oleh massa jenis kedua zat cair tersebut yaitu air dan minyak goring tidak sama. Kamu pasti telah mengetahui bahwa massa jenis minyak goreng lebih kecil daripada massa jenis air.

Pada gambar terlihat bahwa tinggi permukaan air dan minyak goreng tidak sama. Titik P adalah titik khayal yang terletak di perbatasan antara minyak goreng dan air. Titik Q adalah titik khayal pada air di ujung bejana lain. Tinggi titik P dan Q sama jika diukur dari dasar bejana. Di titik P dan Q, tekanannya adalah sama. Dengan demikian, dapat dituliskan sebagai berikut.

P1 = P2  dapat dituliskan p1 x g1 x h1  =  p2 x g2 x h2   karena gaya gravitasi sama maka p1 x h1 = p2 x h2

Keterangan:

ρ ₁: massa jenis zat cair 1 (kg/m3)     ρ ₂: massa jenis zat cair 2 (kg/m3)

h₁: ketinggian zat cair 1 (m)               h₂: ketinggian zat cair 2 (m)

3.       HUKUM ARCHIMEDES

Apa yang terjadi jika sebatang kayu kalian lemparkan ke air? Apa yang akan terjadi jika sebuah batu kerikil kalian lempar ke dalam air? Ternyata kayu yang memiliki berat lebih besar dibanding kerikil akan terapung di air, sedangkan batu kerikil yang memiliki berat lebih kecil dibanding kayu justru tenggelam dalam air. Mengapa hal ini dapat terjadi?

Jika sebuah benda di udara memiliki berat w maka ketika benda tersebut berada di air, ia akan mendapat gaya ke atas sebesar Fa . Dengan demikian, berat benda di air adalah sebagai berikut. W = Wa - Fa

Hukum Archimedes

“ Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.”

Dengan menggunakan konsep gaya Archimedes, kedudukan suatu benda dalam zat alir dibedakan menjadi 3, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam.

a. Mengapung

Suatu benda dikatakan mengapung jika besar gaya ke atas atau gaya Archimedesnya lebih besar dibanding gaya ke bawahnya (gaya beratnya). Secara metematis dapat dinyatakan:  Fa > W

b. Melayang

Suatu benda dikatakan melayang atau terbang jika besar gaya ke atas (gaya Archimedes) sama dengan gaya ke bawah (gaya berat) benda tersebut. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut. Fa = W

c. Tenggelam

Suatu benda dikatakan tenggelam jika besar gaya ke atas (gaya Archimedes) lebih kecil daripada gaya ke bawahnya (gaya beratnya). Secara matematis dirumuskan sebagai berikut. Fa < W

Penerapan konsep mengapung, melayang dan tenggelam dalam keseharian dan produk teknologi antara lain sebagai berikut:

a. Jembatan Proton à Jembatan yang tersusun atas Drum-drum kosong yang tertutup rapat sehingga mengapung di air

b. Hidrometer àAlat yang mengapung di dalam zat cair, dilengkapi dengan sebuah skala, dan dipakai untuk mengukur massa jenis zat cair

c. Kapal Laut à Kapal laut dapat mengapung di lautan

d. Kapal Selam à Kapal yang dapat bergerak dalam air. Kapal ini dapat mengapung, dan melayang

e. Balon Udara

4.       TEKANAN UDARA

a. Mengukur Tekanan Udara

Tekanan udara pertama kali diselidiki oleh Evangelista Torricelli pada tahun 1643. Torricelli melakukan pengukuran tekanan udara menggunakan tabung sepanjang 1 meter yang diisi dengan air raksa. Setelah tabung diisi penuh air raksa, tabung tersebut kemudian dibalik dan dimasukkan dalam bejana yang berisi air raksa. Setelah tabung tersebut dibalik, air raksa dalam tabung turun. Tinggi air raksa setelah dibalik adalah 76 cm dari permukaan air raksa dalam bejana. Tinggi air raksa dalam tabung Torricelli digunakan sebagai acuan tekanan atmosfer atau tekanan udara luar. Sedang ruang hampa di atas air raksa dalam tabung dikenal dengan nama ruang hampa Torricelli. Dengan demikian, dapat dinyatakan bahwa: 76 cmHg = 1 atmosfer = 100.000 Pascal. Angka 76 cm tersebut diperoleh jika percobaan dilakukan di tepi pantai dan bukan di pegunungan.

Alat untuk mengukur tekanan udara dalam ruang terbuka adalah barometer. Barometer ada dua macam yaitu barometer air dan barometeraneroid

Sedangkan untuk mengukur ketinggian suatu tempat dugunakan altimeter

b.  Tekanan Udara dan Ketinggian Tempat

Tekanan udara yang ada di atmosfer berbeda-beda. SeSemakin tinggi suatu tempat dari permukaan laut, tekanan udara di tempat tersebut akan seSemakin berkurang. Hal ini disebabkan oleh berkurangnya jumlah partikel udara karena sebagian besar partikel udara berada di dekat permukaan bumi (laut) akibat gaya tarik bumi. Menurut penelitian para ahli, setiap kenaikan 10 m dari permukaan laut tekanan udara rata-rata turun 1 mmHg. Penurunan ini hanya berlaku sampai ketinggian 1.000 m. Dengan demikian, karena 76 cmHg senilai dengan 760 mmHg maka ketinggian suatu tempat dapat dinyatakan dengan persamaan: h = (760 – x) . 10

Keteranagan :

h = Ketinggian suatu tempat  (m)                             x = Tekanan tempat tersebut   (mmHg)

Untuk membantumu memahami pengaruh ketinggian terhadap tekanan udara. Mari kita pelajari contoh soal berikut !

1. Suatu tempat memiliki ketinggian 500 m dari permukaan laut. Tentukan tekanan udara pada tempat tersebut!

Diketahui: h = 500 m

Ditanyakan: x = . . . ?

Jawab:

h = ( 760 – x ) .   à  10 500 = (760 – x ) . à  10 50 = (760 – x )  

                           à   x = 760 – 50  à  x = 710 mmHg = 71 cmHg

Jadi, tekanan udara di tempat yang ketinggiannya 500 m dari permukaan laut adalah 71 cmHg.