Gaya Berat

Dalam percakapan sehari-hari, sering kita dengar istilah berat. Misalnya “Amir disuruh ibunya membeli gula yang beratnya 2 kg.” Dalam fisika, kata yang dimaksudkan oleh ibu Amir seharusnya adalah massa, yaitu jumlah zat yang terkandung dalam suatu benda (selalu tetap di manapun berada).

Lalu apakah berat itu? Berat suatu benda adalah massa suatu benda yang dipengaruhi oleh percepatan gravitasi bumi, di tempat yang gravitasinya berbeda berat benda akan berubah.

Berdasarkan Hukum II Newton, berat benda dirumuskan:
w = m.g

di mana
w =
m =
g =
gaya gravitasi bumi pada benda atau berat benda dalamNewton
massa benda, dalam kg
percepatan gravitasi bumi yang besarnya 9,8 ms-2 kadang-kadang untuk memudahkan dibulatkan menjadi 10 ms-2

Contoh 4

Berat benda yang massanya 2 kg, jika g = 9,8 ms-2 adalah:
w =
w =
w =
m g
2. 9,8
19,6 Newton.

Makin jauh dari bumi percepatan gravitasi bumi makin kecil, sehingga berat roket pada saat di A lebih besar dibandingkan roket di B.

Gambar 2.5. Roket di atas Bumi.

Semua benda yang berada di atas permukaan bumi pada jarak tertentu dari pusat bumi akan mengalami gaya gravitasi yang dinamakan gaya berat w. Gaya berat w kedudukannya pada pusat massa benda itu dan arahnya menuju pusat bumi. Beberapa gambar gaya berat benda diperlihatkan oleh gambar 2.6.

Gambar 2.6. Kedudukan Gaya Berat.

Dari gambar 2.6. nampak bahwa gaya berat (w) dapat digambarkan mengambil kedudukan tegak lurus terhadap permukaan tanah.

Dalam menyelesaikan persoalan-persoalan dinamika penempatan gaya berat dan gaya normal dalam sistem benda turut menentukan hasil yang diperoleh.

Aplikasi Hukum II Newton pada beberapa Sistem Benda
1.
Benda pada bidang miring yang licin apabila sebuah benda diletakkan di puncak bidang miring yang licin, maka benda tersebut akan meluncur turun pada bidang miring tersebut. Saat bergerak turun benda mengalami percepatan gravitasi sehingga kecepatannya makin lama makin besar.

Diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda, diperlihatkan oleh gambar 2.7a. berikut


Gambar 2.7.
(a) beban m di atas bidang miring licin
(b) diagram gaya pada beban m



Menurut Hukum II Newton percepatan ditimbulkan oleh resultan gaya yang bekerja dan searah dengan arah geraknya. Maka dari gambar di atas diperoleh
SF = m g Sin q
Percepatan benda sepanjang bidang miring adalah:
ma
a
dengan g
q
= m g Sin q atau
= g Sin q (q dibaca teta)
= g Sin q (q dibaca teta)
= sudut kemiringan bidang

Contoh 5

Beban m yang massanya 5 kg dan percepatan gravitasi 10 ms-2 terletak di atas bidang miring licin dengan sudut kemiringan 30°. Tetukan berapa percepatan beban m!

Jawaban
Pada beban hanya bekerja gaya berat, maka percepatan beban bisa dihitung:
a = g Sin q
= 10 Sin 30
= 5 ms-2

Contoh 6

Beban m yang mengalami 5 kg dan percepatan gravitasi 10 ms-2terletak di atas bidang miring dengan sudut kemiringan 37° (Sin 37 = 0,6).
Beban mengakhiri gaya F mendatar sebesar 20 N (gambar 2.8.)
Tentukan berapa percepatan m!

Gambar 2.8. a) beban m mengalami gaya F
b) uraian gaya F dan m g.

Jawaban
Uraikan dahulu gaya pada beban m (gambar 2.8.) sehingga tampak gaya-gaya mana saja yang mempengaruhi gerakan m turun. Berdasarkan gambar 2.8. tersebut tampak gaya-gaya yang mempengaruhi gerakan m adalah gaya mg Sin 37° dan F Cos 37°.

Sesuai dengan Hukum II Newton
2.

Sistem Katrol
Sistem Katrol terdiri atas katrol, tali dan benda. Pada bagian ini Anda akan mempelajari sistem katrol tanpa gesekan. Pemakaian prinsip Hukum II Newton pada suatu sistem katrol diperlihatkan oleh gambar 2.9. berikut:

Gambar 2.9
m1 dan m2 tergantung pada katrol


Dari gambar 2.9. nampak bahwa T: gaya tegangan tali Beban m1 dan m2 dihubungkan dengan tali ringan melalui katrol: K tanpa gesekan.

Apa yang terjadi jika m1 <>2? Jelas m1 akan naik, m2 akan turun sesuai dengan Hukum II Newton. Pada beban m1 berlaku:
SF
T-m1.g
SF
m2.g – T

= m.a T ® w1 = m1.a
= m1.a (arah gerak naik) pada beban m2 berlaku:
= m.a w2 ® T = m2.a atau
= m2.a (arah gerak turun)

Jika gaya-gaya pada m1 dan m2 kita gabung, akan didapatkan
T – m1.g + m2.g – T
m1.g + m2.g = m1a + m2.a
= (m1 + m2) a

Kedua beban mengalami percepatan sebesar



Coba Anda perhatikan lagi gambar 2.9, seandainya besar m1 = 4 kg, m2 = 6 kg dan g = 10 ms1, dapatkah Anda menghitung berapa besar

a.
b.
percepatan kedua beban?
besar tegangan tali?

Jika hitungan Anda benar akan didapatkan jawaban
a.
b. a = 2 ms-2
T = 48 N

Untuk lebih memantapkan pemahaman Anda, perhatikan contoh berikut: Beban m1 = 4 kg terletak di atas bidang datar yang licin dihubungkan dengan tali tanpa gesekan melalui katrol ke beban m2 = 1 kg yang tergantung.

Gambar 2.10.
m1 terletak di atas meja,
m2 tergantung

Karena bidang licin, m1 bergerak ke kanan, m2 bergerak turun, gaya-gaya yang searah dengan gesekan positif yang berlawanan dengan arah gesekan negatif.

Sesuai dengan Hukum II Newton pada m1 berlaku

SF
T
= m.a
= m1.a

Pada m2, berlaku m2g – T = m2a.

Jika keduanya digabung T + m2.g – T = m1.a + m2.a

Jika percepatan gravitasi bumi 10 ms-2 maka besar percepatan kedua beban


Besar T, dapat dihitung dari T = m2.a = 4 . 2 = 8 N