Hukum Newton Pada Gerak Benda Di Bidang Vertikal Licin
Jika pada artikel sebelumnya telah dibahas mengenai penerapan aturan Newton pada gerak benda di datar horizontal licin maka pada artikel ini akan mengulas perihal aturan Newton pada gerak benda di bidang datar vertikal dalam dua kondisi yaitu benda ditekan horizontal dan benda didorong miring ke atas. Pada dasarnya, konsep gerak translasi benda di bidang vertikal licin sama dengan gerak benda di bidang miring licin.
Namun ada sedikit perbedaan atara gerak benda di bidang miring licin dengan gerak benda di bidang vertikal licin, yaitu pada bidang miring licin benda sanggup bergerak translasi tanpa imbas gaya luar sedangkan pada bidang vertikal benda hanya sanggup bergerak translasi jikalau ada imbas dari gaya luar. Untuk memahami gerak benda di bidang vertikal, perhatikan klarifikasi berikut ini.
#1 Benda Ditekan Horizontal
Sebuah benda ditekan horizontal pada bidang vertikal dengan garis-garis gaya yang bekerja pada benda diperlihatkan ibarat pada gambar di atas. Dari gambar tersebut, gaya yang mempengaruhi gerak benda hanyalah gaya berat w. Karena tidak ada ukiran antara permukaan benda dan bidang maka pada kondisi ini hanya ada satu kemungkinan gerak benda, yaitu benda bergerak ke bawah. Hukum Newton pada gerak benda tersebut yakni sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-X
ΣFX = ma
N – F = ma
karena benda tidak bergerak pada sumbu-X maka a = 0, sehingga
N – F = 0
N = F
Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan gaya tekan terhadap benda, sehingga persamaannya sanggup kita tuliskan sebagai berikut.
N = F |
Resultan gaya pada sumbu-Y
ΣFY = ma
w = ma
mg = ma
a = g
Dengan demikian, percepatan gerak benda akan sama dengan percepatan gravitasi bumi, sehingga sanggup dikatakan benda akan mengalami gerak jatuh bebas. Akan tetapi masalah ibarat ini sangat jarang sekali sanggup ditemukan dalam kehidupan sehari-hari.
a = g |
Keterangan: | ||
N | = | Gaya normal (N) |
w | = | Gaya berat (N) |
F | = | Gaya tekan (N) |
m | = | Massa benda (kg) |
a | = | Percepatan benda (m/s2) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
#2 Benda Didorong Miring ke Atas
Suatu benda ditekan miring pada bidang vertikal licin ditunjukkan pada gambar di atas. Karena didorong miring ke atas, maka gaya dorong tersebut membentuk sudut sebesar α terhadap arah horizontal. Sehingga dengan penguraian vektor, gaya tersebut mempunyai komponen pada sumbu-X dan sumbu-Y yaitu F cos α dan F sin α. Dari gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda maka terdapat tiga kemungkinan gerak benda, yaitu benda diam, benda bergerak ke bawah atau benda bergerak ke atas.
Benda Diam
Benda membisu hanya terjadi jikalau F sin α = w, persamaan hukum Newton pada keadaan ini yakni sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-X
ΣFX = ma
N – F cos α = ma
karena benda tidak bergerak pada sumbu-X maka a = 0, sehingga
N – F cos α = 0
N = F cos α
Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan proyeksi gaya dorong terhadap sumbu-Y, sehingga persamaannya sanggup kita tuliskan sebagai berikut.
N = F cos α |
Rumus gaya normal di atas, juga berlaku untuk dua kemungkinan gerak benda yang lain sehingga resultan gaya-gaya yang bekerja pada sumbu-X tidak akan diuraikan lagi pada benda yang bergerak ke bawah dan ke atas.
Resultan gaya pada sumbu-Y
ΣFY = ma
F sin α – w = ma
Karena benda diam, maka a = 0 sehingga
F sin α – w = 0
F sin α – mg = 0
F sin α = mg
F = mg/sin α
Dari persamaan tersebut, besarnya gaya dorong F sanggup dihitung dengan memakai rumus sebagai berikut
F = mg/sin α |
Benda Bergerak ke Bawah
Benda bergerak ke bawah sanggup terjadi apabila F sin α < w, persamaan aturan Newton pada keadaan ini yakni sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-Y
ΣFY = ma
w – F sin α = ma
mg – F sin α = ma
F sin α = mg – ma
F sin α = m (g – a)
Dengan demikian, persamaan gerak pada benda yang didorong miring ke atas dimana benda bergerak ke bawah yakni sebagai berikut.
F sin α = m (g – a) |
Benda Bergerak ke Atas
Benda bergerak ke bawah sanggup terjadi apabila F sin α > w, persamaan aturan Newton pada keadaan ini yakni sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-Y
ΣFY = ma
F sin α – w = ma
F sin α – mg = ma
F sin α = ma – mg
F sin α = m (a – g)
Dengan demikian, persamaan gerak pada benda yang didorong miring ke atas dimana benda bergerak ke atas yakni sebagai berikut.
F sin α = m (a – g) |
Keterangan: | ||
N | = | Gaya normal (N) |
w | = | Gaya berat (N) |
F | = | Gaya dorong (N) |
m | = | Massa benda (kg) |
α | = | Sudut kemiringan gaya dorong terhadap sumbu-X |
a | = | Percepatan benda (m/s2) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
Demikianlah artikel perihal penerapan atau aplikasi Hukum Newton pada gerak benda di bidang vertikal licin lengkap beserta gambar ilustrasi dan garis-garis gayanya. Semoga sanggup bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, abjad maupun angka dalam perhitungan mohon dimaklumi. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di artikel berikutnya.