Diagram Gaya Bebas Menurut Hukum Newton
Dalam hukum kedua Newton, yang dijelaskan dalam persamaan (4.1) atau (4.4), gaya F merujuk pada gaya total yang mempengaruhi suatu benda. Jika benda menerima beberapa gaya, maka semua gaya tersebut harus dijumlahkan terlebih dahulu. Jika bagian-bagian benda saling mempengaruhi satu sama lain, maka ketika digabungkan, gaya netto yang dihasilkan oleh bagian-bagian tersebut adalah nol.
Oleh karena itu, untuk menjelaskan gerakan benda atau sistem benda, hanya perlu mempertimbangkan gaya yang berasal dari benda-benda di luar sistem. Gaya antar bagian sistem akan saling meniadakan.
Apabila penumpang di dalam mobil tidak dianggap sebagai bagian dari sistem, maka gaya yang bekerja pada sistem akan terdiri dari:
Untuk menghindari kesalahan dalam menghitung gaya-gaya yang mempengaruhi benda, sangat membantu jika kita terlebih dahulu membuat diagram gaya bebas. Diagram gaya bebas memberikan gambaran tentang semua gaya yang berasal dari luar sistem dan mempengaruhi sistem. Gaya-gaya luar ini yang menyebabkan percepatan pada sistem.
Sebagai ilustrasi, pada Gambar 4.3 terlihat sebuah kendaraan mainan dengan satu penumpang di dalamnya yang ditarik ke kiri oleh seseorang menggunakan tali, pada saat kendaraan berada di atas bidang datar yang licin. Dalam situasi ini, gaya-gaya luar yang bekerja pada sistem kendaraan mainan tersebut adalah:
- Gaya gravitasi menimbulkan gaya berat pada mobil dan penumpang di dalamnya yang arahnya ke bawah.
- Lantai menahan roda mainan dengan gaya normal yang arahnya ke atas, tegak lurus terhadap lantai.
- Tali ditarik ke kiri menghasilkan gaya tarikan pada sistem.
Gambar 4.3 Terdapat sistem yang ditunjukkan dalam Gambar 4.4, yang menunjukkan diagram gaya bebas. Dalam diagram tersebut, W merupakan berat penumpang dan mobil, N merupakan gaya tahanan yang diberikan oleh lantai pada roda mobil, dan T merupakan gaya tarikan oleh tali.
Apabila penumpang di dalam mobil tidak dianggap sebagai bagian dari sistem, maka gaya yang bekerja pada sistem akan terdiri dari:
- Gaya berat mainan yang bekerja ke arah bawah
- Gaya penahan yang dilakukan oleh lantai pada roda mainan yang berarah ke atas, tegak lurus terhadap lantai. Gaya ini disebut gaya normal.
- Gaya tekan yang dihasilkan oleh badan penumpang yang menekan ke bawah. Besarnya gaya ini sama dengan berat penumpang.
- Gaya tarikan tali yang berarah ke kiri.
- Gaya gesekan yang dihasilkan oleh pantat penumpang yang bersentuhan langsung dengan kursi mainan.
Contoh soal
Dalam pesawat Boeing 737-800 Next Generation (Gambar 4.5), termasuk muatannya, total massa yang diangkut adalah 79.000 kg. Ketika pesawat bersiap-siap untuk lepas landas, ia mengalami percepatan sebesar 1,53 m/s2. Dalam situasi ini, berapa gaya yang dihasilkan oleh mesin pesawat? Diasumsikan bahwa gaya gesekan pada pesawat diabaikan.
Gambar 4.5, terlihat Pesawat Boeing 737 Next Generation yang diproduksi oleh Boeing Aerospace, Amerika Serikat. Seri pesawat ini, terutama 737-800 dan 737-900, banyak digunakan oleh Garuda Indonesia dan Lion Air.
Jawab
Anggap pesawat bergerak dalam arah x positif.
Percepatan pesawat adalah a = 1,53i m/s^2.
Gaya yang bekerja pada pesawat adalah
F = ma = 79.000 x 1.53i m/s^2 = 120.870i N
Percepatan pesawat adalah a = 1,53i m/s^2.
Gaya yang bekerja pada pesawat adalah
F = ma = 79.000 x 1.53i m/s^2 = 120.870i N
Referensi
Mikrajuddin Abdullah, 2016. Fisika Dasar 1. ITB
Sitasi Artikel
Thinks Physics. 2023. Diagram Gaya Bebas dan Contoh Soal. Halaman website (copy link). Di akses pada tanggal (tanggal akses anda)