Bab 1. Gerak Benda dan Makhluk Hidup di Lingkungan Sekitar (Materi 5 : Gaya)

Kompetensi Dasar :
Pengetahuan

3.2 Menganalisis gerak lurus, pengaruh gaya terhadap gerak berdasarkan Hukum Newton, dan penerapannya pada gerak benda dan gerak makhluk hidup.

Keterampilan

4.2 Menyajikan hasil penyelidikan pengaruh gaya terhadap gerak benda.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Mengidentifikasi pengaruh gaya terhadap benda dengan benar.

2. Mengidentifikasi macam-macam gaya berdasarkan sifatnya dengan benar.

3. Menyebutkan contoh gaya sentuh dan tak sentuh dalam kehidupan sehari-hari dengan benar.

4. Membedakan konsep massa dan berat dengan benar.

5. Menghitung resultan gaya dengan benar.

6. Menganalisis konsep Hukum Newton dengan benar.

7. Menerapkan perhitungan konsep Hukum Newton dalam kehidupan sehari-hari dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

A. Konsep Gaya

• Gaya adalah tarikan atau dorongan yang terjadi terhadap suatu benda. 
• Pengaruh gaya terhadap suatu benda :
• Menyebabkan perubahan kecepatan gerak benda.
• Mengubah arah gerak benda.
• Mengubah bentuk suatu benda.
• Gaya termasuk ke dalam besaran vektor, karena mempunyai nilai dan arah.
  
• Sebuah Gaya disimbolkan dengan huruf F (Force) dan Satuan Gaya dalam SI (Satuan Internasional) yaitu Newton, disingkat dengan N. Satuan gaya yang lain yaitu dyne (1 N = 100.000 dyne)
• Pengukuran gaya bisa dilakukan dengan alat yang disebut dengan dinamometer atau neraca pegas. 

B. Macam-Macam Gaya

Berdasarkan sifatnya, gaya dibagi menjadi 2, yaitu :

a. Gaya Sentuh

• Gaya Sentuh adalah gaya yang bekerja dengan sentuhan. Gaya ini akan muncul ketika benda bersentuhan dengan benda lain yang menjadi sumber gaya.
• Sebagai contoh, ketika seseorang hendak memindahkan meja, maka ia harus menyentuh meja tersebut kemudian mendorongnya ke tempat tujuan. Pada kasus ini terjadi sentuhan antara manusia sebagai sumber gaya, dan meja sebagai objek yang hendak diberikan gaya. Jika tidak terjadi sentuhan antara keduanya,  maka meja tidak akan berpindah sesuai keinginan.
• Contoh gaya sentuh antara lain :
• Gaya otot, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh otot manusia atau hewan. Contoh : Gaya tarikan atau dorongan tangan manusia.
• Gaya mesin, yaitu gaya yang berasal dari pembakaran bahan bakar dalam mesin. Contoh : Gaya yang dihasilkan mesin pada sepeda motor.
• Gaya pegas, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh pegas. Contoh : Gaya yang dilakukan pada tali busur panah.
• Gaya gesek, yaitu gaya yang muncul karena terjadinya sentuhan langsung antara dua permukaan benda. Contoh : gesekan antara alas kaki dan lantai.

b. Gaya Tak Sentuh

• Gaya Tak Sentuh adalah suatu gaya yang akan bekerja tanpa terjadinya sentuhan. Artinya efek dari gaya yang dikeluarkan oleh sumber gaya tetap bisa dirasakan oleh benda meskipun mereka tidak bersentuhan.
• Sebagai contoh yaitu Gaya Magnet. Pada gaya magnet, ketika kita meletakkan besi di dekat magnet (tanpa bersentuhan), maka besi tersebut akan tertarik ke arah magnet karena merasakan sebuah efek dari gaya yang dikeluarkan oleh magnet tersebut.
• Contoh gaya tak sentuh antara lain :
• Gaya magnet, yaitu gaya tarik atau tolak yang ditimbulkan oleh benda yang bersifat magnet.
• Gaya gravitasi, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh benda untuk menarik benda lain ke arah pusat benda yang bersangkutan.
• Gaya listrik, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik atau arus listrik.
• Gaya berat, yaitu gaya gravitasi bumi yang bekerja pada benda.

C. Gaya Berat dan Gaya Gesek

1. Gaya Berat

• Dalam kehidupan sehari-hari kita sering mendapat pertanyaan “Berapa berat badanmu?”, kemudian kita menjawab “Berat badan saya 47 kg”. Jika ditinjau dari ilmu fisika maka jawaban tersebut salah, hal ini dikarenakan “kg” merupakan satuan dari besaran massa bukan berat. 
• Massa dan berat memiliki perbedaan yang mendasar dalam mempelajari fisika seperti yang terlihat pada tabel berikut :

• Berat benda selalu mengarah ke bawah.
  

Catatan :

Jika dalam soal tidak diketahui nilai percepatan gravitasi buminya, maka otomatis menggunakan nilai percepatan gravitasi bumi 10 m/s².

Contoh Soal :

Wahyu memiliki massa 40 kg. Jika percepatan gravitasi 10 m/s² , hitunglah berat Wahyu!

Penyelesaian :

Diketahui:
m = 40 kg
g = 10 m/s²
Ditanyakan: w = ?
Jawab:
w = m.g
w = 40 . 10
w = 400 N

Jadi, berat wahyu adalah 400 N.

2. Gaya Gesek

• Gaya gesek merupakan gaya yang timbul akibat dua permukaan yang bersentuhan. 
• Gaya gesek memiliki arah yang berlawanan dengan arah gerak benda yang sifatnya untuk menghambat gerak benda tersebut.
  
• Gaya gesek dapat dimanfaatkan atau bahkan merugikan dalam suatu gerak benda. Gaya gesek yang dapat dimanfaatkan dan memberikan keuntungan antara lain alas kaki (sandal dan sepatu) dibuat kasar agar semakin besar gesekan antara sandal dan lantai, sehingga tidak terpeleset ketika berjalan.
• Kerugian adanya gaya gesek antara lain ban kendaraan dan alas kaki menjadi cepat halus karena bergesekan dengan permukaan jalan dan gesekan pada mesin sepeda motor atau mobil sehingga menyebabkan mesin cepat panas.

D. Resultan Gaya

• Resultan gaya (ΣF) adalah perpaduan dua gaya atau lebih yang bekerja segaris pada suatu benda.
• Beberapa aturan terkait dengan resultan gaya yakni :

1. Gaya-gaya yang segaris dan searah dijumlahkan

2. Gaya-gaya yang segaris dan berlawanan arah dikurangi

Tips :

Untuk mempermudah perhitungan resultan gaya dapat digunakan aturan sebagai berikut :

• Gaya dengan arah ke kanan bernilai positif, sedangkan gaya dengan arah ke kiri bernilai negatif.
• Gaya dengan arah ke atas bernilai positif, sedangkan gaya dengan arah ke bawah bernilai negatif.

Contoh Soal :

1. Tiga gaya bekerja pada sebuah benda seperti gambar berikut ini :

Tentukan besar resultan gaya dan arahnya!

Penyelesaian :
 ΣF= F1+ F2 – F3

     = 15 + 40 – 30
      = 25 N
Arah resultan gayanya adalah ke kanan karena bernilai positif.

2. Sebuah benda di tarik beberapa gaya seperti pada gambar berikut !

Tentukan resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut beserta arahnya!

Penyelesaian :
 ΣF= 16 - 12 - 20

     = -16 N 

Arah resultan gayanya adalah ke kiri karena bernilai negatif.

3. Bayu sedang mendorong meja dengan gaya sebesar 30 N. Tapi, meja hanya bergerak sedikit. Kemudian, Rian datang dan membantu Bayu mendorong meja dengan gaya sebesar 40 N. Maka, berapakah resultan gaya yang dihasilkan dari kedua gaya tersebut?

Penyelesaian :
Diketahui: F1 = 30 N

                 F2 = 40 N
Ditanyakan: ΣF =?
Jawab:
Karena resultan gayanya searah, maka :
ΣF = F1 + F2 = 30 + 40 = 70 N.

Jadi, resultan gaya yang dihasilkan adalah 70 N ke arah depan (mendorong).

E. Hukum Newton
1. Hukum I Newton

• Hukum I Newton ini mengkaji tentang kecenderungan suatu benda mempertahankan keadaannya, benda yang semula diam tetap diam, benda yang semula bergerak tetap bergerak. Kecenderungan ini disebut dengan inersia sehingga Hukum I Newton sering juga disebut dengan hukum inersia.
• Bunyi Hukum I Newton : “Suatu benda akan tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan asal tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut”.
  
• Berdasarkan Hukum I Newton tersebut ada 2 hal yang perlu diperhatikan yakni:
• Benda tetap diam (benda tidak mengalami perubahan posisi atau kedudukan).
• Bergerak dengan kecepatan konstan (GLB).
• Kedua keadaan tersebut dapat terjadi jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut (resultan gaya sama dengan nol).
• Secara matematis Hukum I Newton dapat ditulis :
  

• Beberapa contoh penerapan Hukum I Newton dalam kehidupan sehari-hari adalah :
• Seseorang yang berada dalam mobil yang melaju, akan terdorong ke depan saat mobil tiba-tiba direm dan terdorong ke belakang saat kecepatan mobil tiba-tiba bertambah dengan cepat.
• Segala sesuatu yang bergerak lurus beraturan (GLB) memenuhi kondisi pada Hukum I Newton.

2. Hukum II Newton

• Berbeda dengan Hukum I Newton, pada Hukum II Newton pembahasannya terkait untuk resultan gayanya tidak sama dengan nol (ΣF ≠ 0), apa yang terjadi apabila resultan gayanya tidak sama dengan nol? Jika resultan gayanya tidak sama dengan nol akan berdampak pada kecepatan benda sehingga benda dapat bergerak dipercepat atau diperlambat bergantung dengan arah gayanya. 
• Bunyi Hukum II Newton : “Percepatan suatu benda berbanding lurus dengan gaya yang bekerja pada benda tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda itu”.
  
  
  
• Secara matematis Hukum II Newton dapat ditulis :

Keterangan :
ΣF = resultan gaya (N)
m = massa benda (kg)
a = percepatan benda (m/s²)

• Percepatan yang terdapat pada Hukum II Newton ini memberikan informasi kepada kita bahwa ketika berlaku Hukum II Newton, maka jenis gerak benda adalah GLBB. Selain itu, ada 2 hal yang perlu diperhatikan pada Hukum II Newton tersebut yakni :
• Percepatan sebanding dengan gaya. Hal ini berarti jika semakin besar gaya yang bekerja pada suatu benda maka semakin besar pula percepatan yang dialami benda.
• Percepatan berbanding terbalik dengan massa benda. Hal ini berarti jika semakin besar massa suatu benda maka percepatannya akan semakin kecil.

3. Hukum III Newton

• Hukum III Newton menjelaskan hubungan timbal balik gaya pada dua benda sehingga Hukum III Newton sering disebut juga sebagai Hukum Aksi – Reaksi.
• Bunyi Hukum III Newton : “Jika benda A memberikan gaya kepada benda B (disebut gaya aksi), maka benda B akan memberikan gaya kepada benda A (disebut gaya reaksi). Kedua gaya ini sama besar tetapi berlawanan arah”.
  
• Secara matematis Hukum III Newton dapat ditulis :

• Berdasarkan bunyi Hukum III Newton di atas ada satu hal penting yang perlu diingat bahwa Hukum III Newton ini berlaku untuk dua benda saja.
• Contoh penerapan Hukum III Newton dalam kehidupan sehari-hari adalah :
• orang berjalan
• orang berenang
• memukul tembok terasa sakit
• menendang bola

Contoh Soal :

1. Indah mendorong sebuah meja dengan gaya 100 N sehingga meja tersebut berpindah dengan percepatan 2 m/s². Hitunglah berapa massa meja tersebut!
Penyelesaian :

Diketahui:

F = 100 N
a = 2 m/s²
Ditanyakan: m = ?
Jawab:
a = F/m => m = F/a
m = 100/2
m = 50 kg

Jadi, massa meja tersebut adalah 50 kg.

2. Dona dan Doni mendorong sebuah lemari ke kanan secara bersamaan. Jika gaya yang dikeluarkan oleh Dona dan Doni secara berturut-turut adalah 40 N dan 50 N serta gaya gesek yang dialami lemari sebesar 10 N, maka berapakah resultan gaya pada lemari tersebut? Dan berapakah massa lemari tersebut jika lemari tersebut berpindah dengan percepatan 0,5 m/s²?

Penyelesaian :

Diketahui:

F1 = 40 N

F2 = 50 N

f = 10 N

a = 0,5 m/s²

Ditanyakan: a. ΣF = ?

                      b. m = ?

Jawab:

a. Mencari resultan gaya yang bekerja pada lemari tersebut.

 ΣF = F1 + F2 - f

 ΣF = 40 + 50 - 10     (Ingat !! Arah gaya gesek (f) selalu berlawanan dengan arah gerak)

 ΣF = 80 N

Jadi, resultan gaya yang bekerja pada lemari tersebut adalah 80 N.

b. Mencari massa lemari tersebut dengan menggunakan konsep Hukum II Newton.

m =  ΣF/a 

m = 80/0,5

m = 160 kg

Jadi, massa lemari tesebut adalah 160 kg.

3. Perhatikan gambar berikut!

Apabila massa balok = 2 kg, F1 = 5 N, dan F2 = 3 N, maka tentukan besar dan arah percepatan balok!

Penyelesaian :

Diketahui:

F1 = 5 N

F2 = 3 N

m = 2 kg

Ditanyakan: a = ?                  

Jawab:

a. Mencari resultan gaya yang bekerja pada lemari tersebut.

 ΣF = F1 - F2

 ΣF = 5 - 3

 ΣF = 2 N

Jadi, resultan gaya yang bekerja pada lemari tersebut adalah 2 N.

b. Mencari percepatan lemari tersebut dengan menggunakan konsep Hukum II Newton.

a =  ΣF/m 

a = 2/2

a = 1 m/s²

Jadi, percepatan balok tersebut adalah 1 m/s² ke arah kanan karena nilainya positif.

4. Pada lomba pacuan kuda, seorang joki memacu kudanya dengan kecepatan 10 m/s untuk mengejar lawan di depannya. Joki mempercepat lari kudanya menjadi 25 m/s dalam waktu 10 sekon. Jika massa kuda dan jokinya sebesar 400 kg, tentukan gaya saat kuda berlari tersebut!

Penyelesaian :

Diketahui :

vo= 10 m/s

v = 25 m/s

t = 10 s

m = 400 kg

Ditanyakan : F = ?

Jawab :

a. Mencari percepatan (a) :

v = vo + a t

25 = 10 + (a . 10)

25 = 10 + 10a

15 = 10a

     a = 15/10

     a = 1,5 m/s²

Jadi, percepatan kuda berlari adalah 1,5 m/s²

b. Mencari gaya saat kuda berlari dengan menggunakan konsep Hukum II Newton.

ΣF = m.a 

ΣF = 400 . 1,5

ΣF = 600 N

Jadi, gaya saat kuda berlari adalah 600 N.

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan

1. Sebuah tali ditarik oleh Dio ke kanan dengan gaya F1 = 100 N dan ditarik ke kiri oleh Hara dan Budi dengan gaya F2 = 40 N dan  F3 = 30 N. Berapa resultan gaya yang dikenakan pada tali tersebut dan ke mana arah resultan gaya tersebut?

2. Sebuah benda bermassa 250 kg didorong oleh Andika, Didik dan Andaru menggunakan gaya masing-masing sebesar 100 N, 150 N dan 250 N. Tentukan besar dan arah percepatan benda tersebut!

3. Pengendara sepeda motor mempercepat laju kendaraannya dari 10 m/s menjadi 30 m/s dalam waktu 5 sekon. Jika massa sepeda motor dan pengemudinya sebesar 280 kg, tentukan gaya mesin untuk mempercepat laju kendaraan tersebut!

4. Banu, Bagus, Herman, Joni dan Nanda sedang bermain lomba tarik tambang. Banu dan Bagus berada di sebelah kiri dengan gaya masing-masing 160 N dan 300 N. Adapun Herman, Joni dan Nanda berada di sebelah kanan yang masing-masing gayanya 200 N, 150 N dan 50 N. Siapakah yang memenangkan lomba tarik tambang tersebut?

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~