MATERI FISIKA KELAS 10 BAB 4
DINAMIKA PARTIKEL
Dinamika partikel adalah cabang mekanika yang
mempelajari gerak suatu partikel dengan meninjau penyebab geraknya. Gerak dari
suatu partikel dipengaruhi oleh sifat-sifat dan susunan benda lain yang ada disekitarnya.
Persoalan pengaruh lingkungan yang mempengaruhi gerak suatu partikel telah
dipecahkan oleh Issac Newton (1642-1727) yang digambarkan dengan menggunakan
hanya tiga hukum sederhana yang dinamakan dengan hukum Newton tentang gerak.
1. Hukum I Newton
Hukum pertama Newton menyatakan bahwa sebuah benda
dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap diam atau
bergerak dengan kecepatan konstan kecuali ada gaya eksternal yang berpengaruh
pada benda tersebut.
Kecenderungan dari sifat benda seperti itu
disebutkan bahwa benda mempunyai kelembaman, sehubungan dengan itu, hukum I
Newton sering disebut hukum kelembaman/inersia.
Hukum pertama Newton tidak membuat perbedaan antara
benda yang diam dengan benda yang bergerak dengan kecepatan konstan, pertanyaan
apakah suatu benda sedang diam atau bergerak denan kecepatan konstan bergantung
pada kerangka dimana benda tersebut diamati. Hukum pertama Newton berlaku pada
kerangka acuan yang inersial, yaitu kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan
konstan atau diam.
2. Hukum II Newton
Pada hakikatnya, hukum pertama dan hukum kedua
Newton dianggap sebagai definisi gaya. Gaya adalah suatu
pengaruh pada sebuah benda yang menyebabkan benda mengubah kecepatannya atau
mengalami percepatan. Arah gaya sama dengan arah pecepatan yang ditimbulkan
oleh gaya tersebut jika gaya itu adalah satu-satunya gaya yang bekerja pada
benda yang bermassa. Massa adalah sifat intrinsik sebuah benda
yang mengukur resistansinya terhadap percepatan. Jika gaya Fdikerjakan
pada benda bermassa m1, dan menghasilkan percepatan a1,
maka
F = m1a1
Jika gaya yang sama dikerjakan pada benda kedua
yang massanya m2 dan menghasilkan percepatan a2 maka
F = m2a2
Dengan menggabungkan kedua persamaan diatas kita
dapatkan
F = m1a1= m2a2
Atau
Hubungan tersebut dapat digunakan untuk menentukan
perbandingan massa-massa partikel yang diukur dari pengukuran yang terjadi
pada m1 dan m2. Jika m1dipilih
sebagai satuan massa maka massa partikel lain dapat ditentukan. Massa dari
benda yang ditentukan dengan cara tersebut dinamakan dengan perbandinganmassa
Inersia
Dari definisi tentang gaya dan massa diatas, Newton
menyatakan dalam hukum II Newton, yaitu “laju perubahan momentum benda terhadap
waktu berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja pada benda dan
besarnya sama dengan gaya tersebut
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa
percepatan berbanding lurus dengan gaya yang bekerja dan berbanding terbalik
dengan massa benda. Atau dapat dikatakan besar percepatan benda bila dikalikan
dengan massanya akan sama dengan besar gaya yang bekerja pada benda tersebut.
Momentum sebuah partikel secara
matematis didefinisikan sebagai hasil kali massa dengan kecepatan, sedangkan
secara fisisnya momentum sebuah partikel dianggap sebagai ukuran kesulitan
untuk mendiamkan suatu benda.
Hukum kedua Newton dalam kaitannya dengan momentum
dapat dituliskan
3. Hukum III Newton
Hukum ketiga Newton kadang-kadang dinamakan hukum interaksi
atau aksi reaksi. Hukum ini menggambarkan sifat penting dari gaya, yaitu bahwa
gaya selalu terjadi bersama-sama.
Misalkan F12 adalah gaya yang
dikerjakan oleh partikel 1 pada partikel 2, dan F21 adalah gaya
oleh partikel 2 pada partikel 1.
Persamaan ini dikenal dengan Hukum kekekalan
momentum, dengan penjelasan “jika resultan gaya eksternal yag bekerja pada
sistem sama dengan nol, maka vektor momentum total sistem tetap konstan.
Momentum Sudut
Pada gerak rotasi momen inersia I merupakan analogi
dari massa m dan kecepatan sudut merupakan analogi dari kecepatan linear v,
maka rumus momentum sudut dapat ditulis sebagai
L = r x p
= r. p sin q
= r . m
= r. mwr
= mr2w
Momentum sudut merupakan besaran vektor. Arah
momentum sudut mengikuti aturan tangan kanan, yaitu apabila keempat jari tangan
kanan (selain jempol) dikepalkan mengikuti arah rotasi benda, maka jempol yang
teracung menunjukkan arah momentum sudut.
Hubungan momentum sudut dengan momen gaya
Mengingat hubungan impuls dengan momentum Fdt = dp
pada gerak linear, maka secara analogi, pada gerak rotasi diperoleh
Ndt=dL
Keterangan :
L = Momentum sudut (kg.m2/s)
I = Momen
inersia (kg.m2)
N =
Momen gaya (N.m)
Kekekalan Momentum Sudut
F = m.a
Jika SF = 0 maka dp =
0 atau p = konstanta hukum kekekalan momentum linear dari
persamaan diatas dapat diturunkan kaitan momentum sudut dengan momen gaya
yaitu:
Jika t = 0 maka L =
konstan atau dengan kata lain momentum sudut sistem kekal. Dari persamaan
diatas kita peroleh jika tidak ada momen gaya luar yang bekerja pada sistem ,
maka momentum sudut L konstan, atau dengan kata lain dapat
disebut prinsip kekekalan momentum sudut. Secara matematis, kekekalan momentum
sudut ditulis sebagai
L1=L2.