Kuliah 5 Dinamika (Lanjutan) Fisika Dasar IA Kuliah 5 Dinamika (Lanjutan)

FISIKA DASAR 1A (FI- 1101): Kuliah 5 Dinamika (Lanjutan) Topik hari ini: The Free Body Diagram Tali & Katrol Hukum Hooke

Review: Hukum Newton Hkm 1: Suatu benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan selama tidak ada resultan gaya yang bekerja padanya Hkm 2: Untuk sembarang benda berlaku, FNET = F = ma Hkm 3: Gaya-gaya muncul berpasangan: FA ,B = - FB ,A (gaya aksi sebanding tapi berlawanan arah dengan gaya reaksi)

Gravity: What is the force of gravity exerted by the earth on a typical physics student? Typical student mass m = 55kg g = 9.81 m/s2. Fg = mg = (55 kg)x(9.81 m/s2 ) Fg = 540 N = WEIGHT FS,E = Fg = mg FE,S = -mg

Lecture 5, Act 1 Mass vs. Weight An astronaut on Earth kicks a bowling ball and hurts his foot. A year later, the same astronaut kicks a bowling ball on the moon with the same force. His foot hurts... Ouch! (a) more (b) less (c) the same

Lecture 5, Act 1 Solution The masses of both the bowling ball and the astronaut remain the same, so his foot will feel the same resistance and hurt the same as before. Ouch!

Lecture 5, Act 1 Solution Wow! That’s light. However the weights of the bowling ball and the astronaut are less: Thus it would be easier for the astronaut to pick up the bowling ball on the Moon than on the Earth. W = mgMoon gMoon < gEarth

Diagram Benda Bebas (Free Body Diagram) Hukum Newton mengatakan bahwa untuk suatu benda, F = ma. Kata kunci adalah untuk suatu benda. Oleh karena itu sebelum kita menerapkan F = ma pada suatu benda, kita pisahkan dulu gaya yang bekerja pada benda tersebut:

Diagram Benda Bebas... Tinjau kasus berikut Tentukan gaya yang bekerja pada papan ? P = papan F = lantai W = tembok E = tanah FW,P FP,W FP,F FP,E FF,P FE,P

The Free Body Diagram... Consider the following case What are the forces acting on the plank ? Isolate the plank from the rest of the world. FW,P FP,W FP,F FP,E FF,P FE,P

Diagram Benda Bebas... Gaya-gaya yang bekerja pada papan harus menggambarkan keadaan mereka sendiri... FP,W FP,F FP,E

Aside... Dalam kasus ini papan dalam keadaan diam... It is certainly not accelerating! So FNET = ma becomes FNET = 0 This is the basic idea behind statics, which we will discuss in a few weeks. FP,W FP,F FP,E FP,W + FP,F + FP,E = 0

Example Example dynamics problem: A box of mass m = 2 kg slides on a horizontal frictionless floor. A force Fx = 10 N pushes on it in the x direction. What is the acceleration of the box? y F = Fx i a = ? x m

Example... Draw a picture showing all of the forces y FB,F F x FB,E FF,B FE,B

Example... Draw a picture showing all of the forces. Isolate the forces acting on the block. y FB,F F x FB,E = mg FF,B FE,B

Example... Draw a picture showing all of the forces. Isolate the forces acting on the block. Draw a free body diagram. y FB,F x F mg

Example... Draw a picture showing all of the forces. Isolate the forces acting on the block. Draw a free body diagram. Solve Newton’s equations for each component. FX = maX FB,F - mg = maY y x FB,F F mg

Example... FX = maX So aX = FX / m = (10 N)/(2 kg) = 5 m/s2. FB,F - mg = maY But aY = 0 So FB,F = mg. The vertical component of the force of the floor on the object (FB,F ) is often called the Normal Force (N). Since aY = 0 , N = mg in this case. N y FX x mg

Example Recap N = mg FX y aX = FX / m x mg

Lecture 5, Act 2 Normal Force A block of mass m rests on the floor of an elevator that is accelerating upward. What is the relationship between the force due to gravity and the normal force on the block? (a) N > mg (b) N = mg (c) a N < mg m

Lecture 5, Act 2 Solution All forces are acting in the y direction, so use: Ftotal = ma N - mg = ma N = ma + mg therefore N > mg N m a mg

Tools: Tali & Benang T T T Dapat digunakan untuk menarik sesuatu dari jauh. Tegangan (T) pada suatu posisi tertentu dalam tali adalah besarnya gaya yang bekerja sepanjang penampang lintang tali pada posisi itu.. Gaya yang kita rasakan jika kita memotong tali dan memegang ujungnya. Adalah suatu pasangan aksi-raeksi. T cut T T

Tools: Tali & Benang... Perhatikan suatu segmen horisontal dari tali yang bermassa m: Gambarkan suatu diagram benda bebas (abaikan gravitasi). Terapkan Hukum II Newton (dalam arah x): FNET = T2 - T1 = ma Sehingga jika m = 0 (talinya ringan sekali) then T1 =T2 m T1 T2 a x

Tools: Tali & Benang... Suatu tali ideal (tak bermassa) memiliki tegangan yang konstan sepanjang tali. Jika tali bermassa, tegangan dapat bervasiasi sepanjang tali. Contoh: seutas tali yang berat yg digantung... Dalam banyak kasus tali dianggap tidak bermassa. T T T = Tg T = 0

Tools: Tali & Benang... Arah gaya yang diberikan oleh tali adalah sepanjang arah tali: T karena ay = 0 (kotak tidak bergerak), m T = mg mg

Contoh: Memancing anak hiu Seekor ikan hiu sedang ditarik keluar dari laut menggunakan benang pancing yang kemudian putus ketika tegangannya mencapai 180 N. Benang putus saat percepatan ikan menjadi 12.2 m/s2. Tentukan massa ikan? snap ! (a) 14.8 kg (b) 18.4 kg (c) 8.2 kg a = 12.2 m/s2 m = ?

Contoh: Memancing anak hiu... Gambarkan diagram benda bebas!! m = ? a = 12.2 m/s2 Terapkan Hk II Newton dengan arah ke atas (+): FTOT = ma T - mg = ma mg T = ma + mg = m(g+a)

Tools: Pasak & Katrol Digunakan untuk mengubah arah gaya. Sebuah katrol ideal tak bermassa atau pasak ideal yang licin akan mengubah arah gaya tanpa mempengaruhi besarnya: F1 ideal peg or pulley | F1 | = | F2 | F2

Tools: Pasak & Katrol… Digunakan untuk mengubah arah gaya Sebuah katrol ideal tak bermassa atau pasak ideal yang licin akan mengubah arah gaya tanpa mempengaruhi besarnya: FW,S = mg mg T m T = mg

Pegas Hukum Hooke: Gaya yang diberikan oleh pegas sebanding dengan perubahan panjang atau pendeknya pegas terhadap titik setimbangnya. FX = -k x , dengan x adalah perpindahan dari titik setimbang dan k adalah konstanta pembanding relaxed position FX = 0 x

Pegas... Hukum Hooke: Gaya yang diberikan oleh pegas sebanding dengan perubahan panjang atau pendeknya pegas terhadap titik setimbangnya. FX = -k x dengan x adalah perpindahan dari titik setimbang dan k adalah konstanta pembanding. relaxed position FX = -kx > 0 x x  0

Pegas... Hukum Hooke: Gaya yang diberikan oleh pegas sebanding dengan perubahan panjang atau pendeknya pegas terhadap titik setimbangnya. FX = -k x dengan x adalah perpindahan dari titik setimbang dan k adalah konstanta pembanding. relaxed position FX = - kx < 0 x x > 0

Contoh: Gaya dan Percepatan Sebuah balok dengan berat 4 lbs digantung dengan sebuah tali yang dihubungkan dengan skala. Skala ini kemudian diikatkan ke dinding dan membaca berat 4 lbs. Berapa berat yang terbaca pada skala jika sebagai ganti tembok ia dihubungkan dengan balok yang lain seberat 4 lbs? ? m m m (1) (2) (a) 0 lbs. (b) 4 lbs. (c) 8 lbs.

Solution: Gaya dan Percepatan Gambar diagram benda bebas dari satu balok T Gunakan Hukum ke-2 Newton dalam arah y: m T = mg a = 0 karena balok diam mg FTOT = 0 T - mg = 0 T = mg = 4 lbs.

Solution: Gaya dan Percepatan : Skala membaca tegangan pada tali, yaitu T = 4 lbs dalam kedua kasus ini! m T m T