Fisikaku

Selasa, 26 April 2016

Jalan berkelok di pegunungan???

Ketika di pasar, mungkin kamu pernah melihat orang yang sedang menaikkan drum berisi minyak ke atas sebuah truk. Pesawat sederhana apakah yang mereka gunakan? Bidang miring merupakan alat yang sangat efektif untuk memudahkan kerja.

Keuntungan mekanis bidang miring bergantung pada panjang landasan bidang miring dan tingginya. Semakin kecil sudut kemiringan bidang, semakin besar keuntungan mekanisnya atau semakin kecil gaya kuasa yang harus dilakukan. Keuntungan mekanis bidang miring adalah perbandingan panjang (l) dan tinggi bidang miring (h).

Dalam kehidupan sehari-hari, penggunaan bidang miring terdapat pada tangga, lereng gunung, dan jalan di daerah pegunungan. Semakin landai tangga, semakin mudah untuk dilalui. Sama halnya dengan lereng gunung, semakin landai lereng gunung maka semakin mudah untuk menaikinya, walaupun semakin jauh jarak tempuhnya. Jalan-jalan di pegunungan dibuat berkelok-kelok dan sangat panjang. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan keuntungan mekanis yang cukup besar agar kendaraan dapat menaikinya dengan mudah.
Tahukah kamu, mengapa jalan di daerah pegunungan dibuat berkelok-kelok? Mobil tidak cukup bertenaga untuk mendaki lereng yang curam. Oleh karena itu, jalan tanjakan di gunung yang curam dibuat berkelok-kelok. Jalan yang demikian akan mengurangi tenaga yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian yang sama. Kemiringan tanjakan akan lebih landai dengan adanya kelokan sehingga lebih mudah didaki.

Gambar 1. Jalan di pegunungan yang dibuat berkelok sebagai aplikasi dari bidang miring

Bidang miring berguna untuk membantu memindahkan benda-benda yang terlalu berat. Cara paling mudah memindahkan peti ke dalam truk yaitu dengan menggunakan bidang miring. Peti dapat didorong atau ditarik melalui bidang miring. Tenaga yang dikeluarkan lebih kecil daripada mengangkat peti secara langsung.

Gasing dan Misteri di dalamnya

Mungkin Anda tidak asing dengan istilah gasing. Ini merupakan mainan yang bisa berputar pada poros dan berkesetimbangan pada suatu titik. Untuk memainkan gasing biasanya digunakan tali dari kain (atau bahan lain) yang dililitkan bada badan gasing. Kemudian gasing dihentak sambil tali yang melilit ditarik sehingga gasing berputar pada porosnya dan membiarkan gasing itu berputar sesuai arah jalannya

Gambar 1. Gasing merupakan salah satu permainan yang menerapkan hukum-hukum fisika.
sumber gambar: id.wikipedia.org

Hukum fisika apa saja yang berlaku pada permainan gasing? Postingan ini membahas bagaimana penjelasan hukum fisika dari permainan gasing tersebut.

Hukum I (Pertama) Newton dan II (Kedua) Newton
Hukum pertama Newton tentang gerak menyatakan bahwa sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan tetap akan terus bergerak dengan kecepatan tersebut kecuali ada gaya resultan bekerja pada benda itu. Jika sebuah benda dalam keadaan diam, benda tersebut tetap diam kecuali ada gaya resultan yang bekerja pada benda itu.

Ini maksudnya pada saat gasing diam maka akan tetap diam (jika tidak ada pengaruh gaya luar). Nah, untuk membuat gasing dari keadaan diam agar bergerak dengan kecepatan tertentu maka harus ada gaya luar yang membuat gasing tersebut bergerak. Gaya luar tersebut bisa berupa hentakan atau tarikan tali pada gasing (pada saat mulai memutar gasing).

Sedangkan Hukum II Newton menyatakan, “percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada sebuah benda sebanding dengan besar gaya, searah dengan gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa kelembaman benda tersebut”. Artinya, semakin besar gaya yang bekerja pada benda maka semakin besar percepatan yang ditimbulkan. Sebaliknya, semakin kecil gaya yang bekerja maka semakin kecil percepatan yang ditimbulkan.
Gerak melingkar.
Gasing bentuknya hampir seperti roda sepda motor. Oleh karena itu juga akan berlaku hukum fisika tentang gerak melingkar yaitu kecepatan linier dan kecepatan sudut (anguler).

1. Kecepatan linier
Kecepatan linier merupakan kecepatan yang memiliki arah tegak lurus terhadap jari-jari lingkaran atau dapat dikatakan sebagai garis singgung lingkaran.

Prinsip ini dapat digunakan untuk mainan gasing ini karena bagian atas gasing ini merupakan bentuk lingkaran. Jadi, kita dapat menghitung dengan seksama mengenai kecepatan linier yang akan terbentuk ini pada bagian atas gasing.

2. Kecepatan sudut.
Kecepatan sudut ialah besarnya sudut yang dibentuk untuk melakukan perpindahan tiap satuan waktu.

Hukum Torsi (momen gaya) dan momentum sudut
Kita tinjau gasing itu dari hukum torsi (momen gaya). Momen gaya merupakan besaran yang dapat menyebabkan sebuah titik partikel berputar (berotasi). Dalam hal ini gasing berbentuk lingkarang seperti Gambar 1 di atas. Momen gaya dilambangkan dengan "τ"

Besarnya jarak sumbu putar gasing dengan bagian terluar (dalam hal ini panjang jari-jari) gasing akan mempengaruhi kecepatan sudut gasing tersebut. Semakin besar jari-jari gasing, semakin kecil kecepatan sudut gasing tersebut berputar. Demikian sebaliknya, semakin kecil jari-jarinya, semakin besar kecepatan sudut gasing tersebut berputar.

Pada permainan gasing, kecepatan sudut gasing dipengaruhi oleh besarnya gaya, besarnya gaya tersebut diterjemahkan sebagai besarnya gaya tarikan tali ketika kita melepas gasing. Semakin besar gaya tarikan yang kita berikan, semakin besar torsi gasing yang pada akhirnya semakin besar kecepatan sudut yang akan dihasilkan. Begitupun, sebaliknya. Semakin kecil gaya kita berikan pada saat kita memutar gasing, semakin kecil pula kecepatan sudut yang dihasilkan.

Selain faktor gaya dan jari-jari, massa gasing juga mempengaruhi kecepatan sudut putar gasing. Semakin besar massa gasing maka kecepatan sudut gasing akan semakin kecil, begitu juga sebaliknya, semakin kecil massa gasing maka kecepatan sudut gasing makin besar.

Gaya Gesek dan Tekanan
Menurut Wikipedia gaya gesekan adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas.

Gaya gesek yang terjadi pada gasing yang utama adalah dengan lantai atau dasar di mana gasing dimainkan. Gaya gesek yang terjadi pada gasing akan berlawanan dengan arah putar gasing. Jadi, apabila gasing berputar ke kanan, maka gaya gesek akan berputar ke kiri berlawanan dengan arah putar gasing.

Hal ini sama halnya dengan rotasi gasing yang berupa teori. Namun, hal ini dapat diperhatikan dari gasing yang berputar di atas pasir. Gasing yang berputar di atas pasir akan membuat pasir berputar berlawanan arah seperti arah gaya gesek. Karena, gaya gesek inilah yang membuat gasing yang berputar kencang menjadi pelan dan akhirnya berhenti total.

Jadi agar memperkecil gaya gesekan ujung bawah gasing dibuat runcing agar memperkecil bidang sentuh antara lantai dengan ujung gasing. Tapi efek memperkecil ujung gasing adalah tekanan gasing terhadap lantai semakin besar. Kita telah ketahui bahwa tekanan (p) merupakan gaya (F) yang diberikan per satuan luas (A). Memperkecil ujung gasing itu artinya memperkecil luas ujung gasing tersebut sehingga tekanannya menjadi besar. Jika lantai yang teksturnya tidak keras (gembur), ujung bawah gasing akan tenggelam dan gasing akan terjebak, hal ini justru menambah gesekan yang menyebabkan gasing mengalami perlambatan yang besar dan berhenti berputar.

Jembatan Ponton

Gambar. Jembatan ponton

Penerapan hukum Archimedes dapat Anda jumpai dalam berbagai peralatan dari yang sederhana sampai yang canggih, misalnya jembatan ponton.

Jembatan ponton adalah jembatan mengambang yang disandarkan ke semacam ponton untuk menyangga landasan jembatan dan beban dinamis di atasnya. Jembatan ponton biasanya merupakan bangunan temporer, walaupun ada juga yang dipergunakan untuk jangka waktu yang lama. Jembatan mengambang yang permanen sangat berguna untuk menyeberangi perairan di mana dianggap tidak ekonomis untuk membuat sebuah jembatan yang digantungkan pada dermaga. Jembatan semacam ini dapat memiliki bagian yang ditinggikan atau yang dapat diangkat, untuk jalan lewat kapal.

Jembatan ponton merupakan jembatan yang dibuat berdasarkan prinsip benda terapung. Drumdrum
tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton digunakan untuk keperluan darurat. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun. Jadi, tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air.

Dalam keadaan darurat, jembatan ponton dapat dibuat dengan memasang beberapa drum kosong yang tertutup rapat secara berjajar dan meletakkan papan di atasnya untuk orang berjalan. Drum kosong akan mengapung di air karena memiliki rongga yang berisi udara di dalamnya.

Dongkrak Hidrolik

Dongkrak hidrolik merupakan salah satu aplikasi sederhana dari Hukum Pascal. Berikut ini prinsip kerja dongkrak hidrolik. Saat pengisap kecil diberi gaya tekan, gaya tersebut akan diteruskan oleh fluida (minyak) yang terdapat di dalam pompa. Akibatnya, minyak dalam dongkrak akan menghasilkan gaya angkat pada pengisap besar dan dapat mengangkat beban di atasnya.

Gambar1. Dongkrak Hidrolik

Prinsip kerja dongkrak hidrolik adalah dengan memanfaatkan hukum Pascal, “Tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah sama rata”. Dongkrak hidrolik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masig ditutup dan diisi cairan seperti pelumas (oli dkk). Apabila tabung yang permukaannya kecil ditekan ke bawah, maka setiap bagian cairan juga ikut tertekan. Besarnya tekanan yang diberikan oleh tabung yang permukaannya kecil diteruskan ke seluruh bagian cairan. Akibatnya, cairan menekan pipa yang luas permukaannya lebih besar hingga pipa terdorong ke atas .

Luas permukaan pipa yang ditekan kecil, sehingga gaya yang diperlukan untuk menekan cairan juga kecil. Tapi karena tekanan (Tekanan= gaya / satuan luas) diteruskan seluruh bagian cairan, maka gaya yang kecil tadi berubah menjadi sangat besar ketika cairan menekan ke pipa yang luas permukaannya besar.

Gambar 2. Mesin hidrolik pengangkat Mobil

P1 adalah tekanan pada tabung kecil, dan P2 adalah tekanan pada tabung besar.

Dengan mengetahui gaya berat mobil maka dapat dihitung gaya minimal yang diberikan pada pompa hidrolik untuk mengangkat mobil tersebut. Semakin besar gaya berat mobil yang diangkat maka semakin besar luas permukaan keluaran (A2) dari dongkrak hidrolik. Minimal gaya keluaran (F2) yang dihasilkan oleh dongkrak hidrolik harus lebih besar/ samadengan gaya berat benda yang diangkat.

Hal yang sama dengan dongkrak hidrolik, prinsip pascal diterapkan juga pada pompa sepeda.

HUKUM ARCHIMEDES

Hukum Archimedes menyatakan sebagai berikut, Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya.
Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluida fluida yang dipindahkan. Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan :

Fa = ρ v g
Keterangan :
Fa = gaya ke atas (N)
V = volume benda yang tercelup (m3)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (N/kg)

Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental karena dapat diturunkan dari hukum newton juga.
- Bila gaya archimedes sama dengan gaya berat W maka resultan gaya =0 dan benda
melayang .
- Bila FA>W maka benda akan terdorong keatas akan melayang
- Bila FA<W maka benda akan terdorong kebawah dan tenggelam

Jika rapat massa fluida lebih kecil daripada rapat massa balok maka agar balok berada dalam keadaan seimbang,volume zat cair yang dipindahkan harus lebih kecil dari pada volume balok.Artinya tidak seluruhnya berada terendam dalam cairan dengan perkataan lain benda mengapung. Agar benda melayang maka volume zat cair yang dipindahkan harus sama dengan volume balok dan rapat massa cairan sama dengan rapat rapat massa benda.

Jika rapat massa benda lebih besar daripada rapat massa fluida, maka benda akan mengalami gaya total ke bawah yang tidak sama dengan nol. Artinya benda akan jatuh tenggelam.

Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut.

• Tenggelam
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w)
lebih besar dari gaya ke atas (Fa).

w > Fa
ρb X Vb X g > ρa X Va X g
ρb > ρa

Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)

• Melayang

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w)
sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang

w = Fa
ρb X Vb X g = ρa X Va X g
ρb = ρa

Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :

(FA)tot = Wtot
rc . g (V1+V2+V3+V4+…..) = W1 + W2 + W3 + W4 +…..

• Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w)
lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).

w = Fa
ρb X Vb X g = ρa X Va X g
ρb < ρa

Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus
tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :

FA > W
rc . Vb . g > rb . Vb . g
rc $rb

Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).

Fn = FA – W

Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :

FA’ = W
rc . Vb2 . g = rb . Vb . g

FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.
Vb2 = Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb = Vb1 + Vb 2
FA’ = rc . Vb2 . g

Berat (massa) benda terapung = berat (massa) zat cair yang dipindahkan

Daya apung (bouyancy) ada 3 macam, yaitu :
1. Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda mengapung.
2. Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda tenggelam.
3. Daya apung netral (neutral bouyancy) : bila benda dapat melayang.

KESEIMBANGANN BENDA TEGAR: TITIK BERAT

Telah dikatakan sebelumnya bahwa suatu benda tegar dapat mengalami gerak translasi (gerak lurus) dan gerak rotasi. Benda tegar akan melakukan gerak translasi apabila gaya yang diberikan pada benda tepat mengenai suatu titik yang yang disebut titik berat.

Benda akan seimbang jika pas diletakkan di titik beratnya

Titik berat merupakan titik dimana benda akan berada dalam keseimbangan rotasi (tidak mengalami rotasi). Pada saat benda tegar mengalami gerak translasi dan rotasi sekaligus, maka pada saat itu titik berat akan bertindak sebagai sumbu rotasi dan lintasan gerak dari titik berat ini menggambarkan lintasan gerak translasinya.

Mari kita tinjau suatu benda tegar, misalnya tongkat pemukul kasti, kemudian kita lempar sambil sedikit berputar. Kalau kita perhatikan secara aeksama, gerakan tongkat pemukul tadi dapat kita gambarkan seperti membentuk suatu lintasan dari gerak translasi yang sedang dijalani dimana pada kasus ini lintasannya berbentuk parabola. Tongkat ini memang berputar pada porosnya, yaitu tepat di titik beratnya. Dan, secara keseluruhan benda bergerak dalam lintasan parabola. Lintasan ini merupakan lintasan dari posisi titik berat benda tersebut.

Demikian halnya seorang peloncat indah yang sedang terjun ke kolam renang. Dia melakukan gerak berputar saat terjun. sebagaimana tongkat pada contoh di atas, peloncat indah itu juga menjalani gerak parabola yang bisa dilihat dari lintasan titik beratnya. Perhatikan gambar berikut ini.

seorang yang meloncat ke air dengan berputar

Jadi, lintasan gerak translasi dari benda tegar dapat ditinjau sebagai lintasan dari letak titik berat benda tersebut. Dari peristiwa ini tampak bahwa peranan titik berat begitu penting dalam menggambarkan gerak benda tegar.

Cara untuk mengetahui letak titik berat suatu benda tegar akan menjadi mudah untuk benda-benda yang memiliki simetri tertentu, misalnya segitiga, kubus, balok, bujur sangkar, bola dan lain-lain. Yaitu d sama dengan letak sumbu simetrinya. Hal ini jelas terlihat pada contoh diatas bahwa letak titik berat sama dengan sumbu rotasi yang tidak lain adalah sumbu simetrinya.

Orang ini berada dalam keseimbangan

Di sisi lain untuk benda-benda yang mempunyai bentuk sembarang letak titik berat dicari dengan perhitungan. Perhitungan didasarkan pada asumsi bahwa kita dapat mengambil beberapa titik dari benda yang ingin dihitung titik beratnya dikalikan dengan berat di masing-masing titik kemudian dijumlahkan dan dibagi dengan jumlah berat pada tiap-tiap titik. dikatakan titik berat juga merupakan pusat massa di dekat permukaan bumi, namun untuk tempat yang ketinggiannya tertentu di atas bumi titik berat dan pusat massa harus dibedakan.

Fenomena Aneh Melawan Hukum Gravitasi Newton

Satu lagi fenomena aneh alam yang menjadi tamparan keras bagi hukum Gravitasi Newton.
Diwilayah Santa Cruz, California terdapat suatu fenomena alam yang sangat menakjubkan,dimana ditempat itu banyak terjadi kejanggalan yang mungkin membuat kita clingak-clinguk kebingungan kaya kera kenak tulup alias keheranan jika mengunjungi tempat tersebut.
kenapa??..Pasalnya,ditempat yang merupakan hamparan hutan subur itu hukum gravitasi seakan-akan sudah tidak ada artinya sama sekali,semua pepohonan berdiri miring dengan arah kemiringan yang sama bahkan bisa dibilang hampir tumbang.Banyak orang yang menyebut tempat ini "titik misterius".
Jika manusia berada disekitar "titik misterius" sekalipun, seluruh badannya tanpa dikehendaki juga ikut-ikutan miring,walaupun berusaha untuk berdiri dengan tegak,hasilnya akan sama saja.

Anehnya,walaupun dalam keadaan posisi yang miring dalam sekala yang besar,seluruh benda yang ada tidak akan terjatuh atau kehilangan keseimbangannya.Jika mencoba berjalan,langkah kita tetaplah stabil dan berjalan tanpa kesulitan walaupun dalam posisi miring.
Bila berkunjung ketempat ini,kita bisa melihat keanehan-kenehan seperti rumah yang terlihat hapir roboh (padahal sebenarnya masih kokoh),sapu yang bisa berdiri sendiri dalam keadaan yang miring,manusia yang dapat berdiri ditembok,dan keanehan-keanehan lainnya.
Parahnya lagi,dengan adanya fenomena ini,hewan-hewan hutan ngga' ada yang mau cangkrukan dan mencari makan disekitar "titik misterius",meraka mungkin ketakutan atau bagaimana?

"Mystery Spot" bisa membuktikan akan kelemahan teori Gravitasi,Sir Issac Newton dengan hukum gravitasinya menyatakan bahwa semua benda akan ditarik kearah semua benda lainnya oleh kekuatan gravitasi.
Kekuatan ini tergantung pada seberapa banyaknya zat yang tergantung dalam benda dan pada jarak diantaranya.
Hukum itu menerangkan mengapa orbit planet dan bulan berbentuk elips.Hukum itu menerangkan juga gerak semua benda dalam alam semesta yang mahaluas.
Dengan adanya fenomena ini,hukum gravitasi Newton yang bertahan kurang lebih selama 4 abad mungkin sudah saatnya untuk direvisi.
Namun sampai saat ini,Para Ilmuwan belum dapat menjelaskan bagaimana fenomena ini bisa terjadi,mungkin masih menunggu beberapa waktu lagi untuk memecahkan misteri ini,atau mungkin kalian kalian yang belajar di fisika CS sudah mempunyai sebuah teori atau argumen untuk memberi pencerahan bagaimana fenomena ini bisa terjadi?

Memang kebanyakan berada di USA,tapi di wilayah Eropa juga dapat ditemui tempat seperti ini,contohnya disekitar Warsawa,Polandia.

hal serupa juga ada disebuah wilayah di China,namun yang ini berupa tanjakan jalan raya.Uniknya ditempat itu seluruh benda beroda/yang mudah menggelinding akan tertarik menuju keatas tanjakan,padahal jika dipikir secara logika hal tsb sangatlah tidak masuk akal.

Sumber : Morroniscool