Besara gaya, sistem satuan dan Hukum Newton

Besaran Vektor, Sistem Satuan, dan Hukum Newton merupakan pengetahuan dasar mekanika teknik dan perhitungan dasar konstruksi mesin yang sangat erat hubungannya dengan pekerjaan mesin. Dalam besaran vektor  dibahas  tentang konsep besaran vektor dan perhitungan besaran vektor, sedangkan dalam sistem satuan  akan dibahas konsep sistem satuan dan penggunaan alat ukur yang tepat untuk mengukur besaran. Adapun dalam topik Hukum Newton akan dibahas konsep Hukum Newton dan aplikasi Hukum Newton.

Konsep Besaran Vektor Besaran vektor adalah besaran yang memiliki besar dan arah. Contohnya: kecepatan, percepatan, gravitasi,  dan gaya. Vektor Suatu besaran yang memiliki magnitudo (besaran skalar) dan arah sekaligus. Contoh : Pesawat bergerak  dengan laju 700 km/jam dalam arah 10° ke tenggara Besaran Vektor dapat digambarkan sebagai arah panah, Panjang anak panah menunjukkan besar vektor dan arah anak panah menunjukkan arah besaran vektor Suatu vektor dapat dituliskan dalam  3 vektor satuan: Posisi dan perpindahan vektor: Vektor direpresentasikan dengan tanda panah di atasnya Vektor memungkinkan kita untuk melukiskan gerak dalam 3 dimensi Prinsip menghitung besaran vektor: b. Perkalian Vektor 1. Perkalian Silang:      Perkalian dari 2 vektor menghasilkan besaran vektor 2. Perkalian  Titik (Dot Product) Perkalian titik  antara vektor A dan vektor B,  didefinisikan  sebagai saklar  yang sama dengan hasil kali dari besar kedua vektor  dengan kosinus sudut apit antara kedua vektor tersebut.

Konsep Sistem Satuan Sistem satuan yang digunakan di Indonesia dikenal dengan sebutan Satuan SI (Sistem  Internasional des Unites) yaitu sistem satuan yang telah diolah oleh organisasi standart internasional yang juga dikenal dengan nama ISO (Internasional Organization for Standardization).  Contohnya adalah sebagai berikut : L      lambang besaran untuk panjang E      lambang besaran untuk energi Ek    lambang besaran untuk energi kinetis .m    untuk meter .s      untuk sekon /detik A      untuk amper N      untuk Newton kg     untuk kilogram Bila satuan dibentuk dari perkalian dua atau lebih satuan dapat dituliskan dengan cara memberi tanda titik atau spasi agar tidak keliru dengan lambang satuan tunggal. Contoh: N.m newton meter (satuan untuk momen) atau N.m  atau m.N atau m N (satuan momen = panjang x gaya)  agar tidak keliru dengan mN untuk milinewton 2. Satuan kecepatan   =  m/s Satuan waktu           =  s Satuan gravitasi      =  m/s2 atau ms-2 (meter per detik kuadrat) Ada daua jenis satuan yang sampai saat ini digunakan, yakni: Sistem metric,  Sistem ini dikenal sebagai; meter, kilogram, dan secon (disingkat MKS). Sistem Inggris (imperial sistem),sistem ini dikenal sebagai:food, pound, dan second (disingkat FPS). Satuan adalah besaran yang dipilih sebagai besaran patokan Contoh: Gaya tekan sebesar 10 N F  =  10 N,  maka N melambangkan nilai satuan yang dipilih untuk besaran F dan 10 melambangkan  nilai bilangan dari besaran F bila dinyatakan dalam satuan N. Besaran F dapat juga dinyatakan dengan satuan lain, misalnya dinyatakan dengan kgf (kilogram force atau kilogram gaya), Jadi besaran tidak tergantung kepada pemilihan satuan. Satuan dapat dipilih secara sembarang, tetapi membuat pilihan satuan yang bebas untuk setiap kategori yang dapat dibandingkan satu terhadap yang lain pada umumnya menimbulkan faktor bilangan tambahan dalam persamaan antar nilai bilangan. Dalam praktik dapat juga dibuat pemilihan satuan dengan suatu cara yang  menghasilkan persamaan nilai bilangan, termasuk faktor bilangannya dan mempunyai bentuk yang sama dengan persamaan besaran yang bersangkutan, hali ini yang sering disebut koheren terhadap sistem besaran dan persamaan dalam soal soal. Konversi (pengubahan) satuan harus dilakukan terutama akibat masih banyak dipakai “sistem satuan lama” pada buku-buku rujukan tertentu. Berikut dapat dilihat hubungan antara Satuan SI dan “sistem satuan lama”. Tabel 1 Konversi Satuan SI dan Sistim Lama BESARAN SATUAN “lama” SI Gaya 1 kgf 1 tf 10 N 10 kN Gaya per satuan panjang 1 kgf/m 1 tf/m 10 N/m 10 kN/m Gaya per satuan luas penampang 1 kgf/m2 1 tf/m2 1 kgf/cm2 10 N/m2 10 kN/m2 0,1 N/mm2 Gaya per satuan volume (isi) 1 kgf/m3 1 tf/m3 1 tf/cm3 10 N/m3 10 kN/m3 0,01 MN/m3 Momen dari gaya 1 kgfm 1 tfm 10 Nm 10 kNm Penggunaan alat ukur yang tepat untuk mengukur besaran Mengukur adalah membandingkan sesuatu yang diukur dengan besaran sejenis yang ditetapkan sebagai satuan. Jenis alat ukur yang dikenal dalam metrologi industri berdasarkan pemakaiannya antara lain: Alat ukur linier langsung (mistar ukur, mistar ingsut, dan micrometer). Beberapa contoh alat ukur linier langsung: Gambar (a) Vernier Caliper Gambar (b)   Coolant Proof Caliper     Gambar (c)  Point Micrometer   Gambar (d)  Height Gauges Alat ukur linier tak langsung (blok ukur, batang ukur, caliber induk tinggi) Gambar (a)   Gauge  Blocks Gambar (b)   V-block and Level  Alat ukur sudut (batang sinus, senter sinus, dobel meja sinus, dan busur sinus)                                           Gambar (a) Bevel Protactor & Combination Set Square Gambar (b) Precision Square

Konsep Hukum Newton Hukum I Newton:  Bila resultante gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan nol atau tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut, maka setiap benda akan bergerak terus dengan kelajuan tetap pada lintasan lurus (gerak lurus beraturan) atau tetap diam. Sebuah balok berada pada bidang miring.  Gaya yang bekerja pada sistem tersebut adalah gaya berat (W), normal (N) dan gaya gesekan. Syarat yang harus dipenuhi untuk benda tetap diam/ tidak bergerak adalah  (a = 0) Hukum II Newton:  Percepatan yang dihasilkan oleh resultante gaya yang bekerja pada suatu benda sebanding dengan resultante gaya, searah dengan resultante gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda. Hukum III Newton: Jika benda pertama mengerjakan gaya pada benda kedua, maka benda kedua akan mengerjakan gaya pada benda pertama yang besarnya sama, tetapi arahnya berlawanan.  Berdasarkan konsep aksi = – reaksi, Hukum III Newton dapat dinyatakan: Gaya aksi dan reaksi sama besarnya tetapi berlawanan arah dan bekerja pada dua benda yang berbeda. Untuk setiap “aksi” selalu ada “reaction” yang besarnya sama tapi berlawanan arah. Aplikasi  Hukum Newton Hukum I Newton mengungkapkan sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaannya. Sifat ini disebut kelembaman atau inersia. Dengan demikian, hukum I Newton  disebut juga Hukum Kelembaman. Momen inersia ada bermacam-macam, yaitu momen inersia linear, momen inersia massa dan momen inersia polar atau kutub.  Momen inersia diperlukan untuk menghitung besarnya tegangan-tegangan yang terjadi pada bahan, misalnya tegangan lengkung dan tegangan puntir. Misalnya suatu penampang yang luasnya A dan jarak antara luasan penampang tersebut (dihitung dari titik berat penampang) dengan garis lurus L adalah x, maka momen inersia penampang terhadap garis L adalah: Secara matematis Hukum II Newton dapat dituliskan dengan rumus: a  = F        atau     F =  m . a     m dengan  a  =  percepatan, F = resultante gaya dan m  = massa gaya dan percepatan adalah besaran vector, sedangkan nilai massa adalah besaran skalar. Satuan   S I untuk gaya F adalah Newton (N), satuan S I untuk massa m  adalah kg, dan satuan SI untuk percepatan a  adalah ms-2 .  Dengan demikian, satu Newton (1N) dapat didefinisikan sebagai gaya yang menghasilkan percepatan 1  ms-1 pada benda bermassa 1 kg Untuk sembarang benda, FNET  = ∑   F = ma. Percepatan  a dari suatu benda sebanding dengan total gaya FNET  yang bekerja padanya. Konstanta pembanding ini disebut “massa”, diberi simbol m. Definisi dari  massa dari suatu benda adalah suatu sifat yang tetap dari benda tersebut dan tidak bergantung kepada pengaruh dari luar. Satuan gaya adalah [M]x[L / T2] = kg m/s2 = N (Newton) Hukum III Newton: Jika benda pertama mengerjakan gaya pada benda kedua, maka benda kedua akan mengerjakan gaya pada benda pertama yang besarnya sama, tetapi arahnya berlawanan. Secara singkat Hukum III Newton dapat ditulis sebagai:   Aksi  =  -  Reaksi Suatu peletakan rol hanya dapat memberikan reaksi tegak lurus pada bidang jalan rol–rol itu.

Sumber :

www.e-dukasi.net