BAB I DINAMIKA PARTIKEL -...
Transcript of BAB I DINAMIKA PARTIKEL -...
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
BAB I
DINAMIKA PARTIKEL
A. Hukum Newton tentang gerak
Hukum I Newton (Hukum Kelembaman)
Setiap benda benda akan bergerak lurus beraturan atau diam, jika tidak ada resultan gaya
yang bekerja pada benda itu.
Hukum II Newton
Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada sebuah benda berbanding lurus
dengan besar gaya dan searah dengan gaya itu serta berbanding terbalik dengan massa
benda.
Hukum III Newton
Jika suatu benda mengerjakan gaya pada benda lain, maka benda yang kedua ini
mengerjakan gaya pada benda pertama yang besarnya sama dengan yang diterima tapi
arahnya berlawanan.
B. Gaya berat dan gaya normal
1. Gaya berat
Massa Berat
Besaran skalar Besaran vector, arahnya selalu menuju pusat
bumi
Merupakan ukuran kelembaman
sebuah benda. makin besar masssa
sebuah benda, makin besar sifat
lembamnya
Merupakan ukuran besarnya gaya Tarik bumi
terhadap suatu benda dan berbeda di setiap
ketinggian (bergantung percepatan gravitasi)
Satuannya kg Satuannya N
F = 0
Dengan:
F = Gaya yang bekerja pada benda (N)
m = massa benda (kg)
a = Percepatan benda (m/s2)
F = m.a
Faksi = -Freaksi
W = m.g
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
2. Gaya Normal
Gaya Normal ialah gaya reaksi dari suatu bidang, yang arahnya selalu tegak lurus bidang
sentuh. biasanya di simbolkan dengan (N)
C. Gaya gesek
Gaya gesek adalah gaya yang selalu sejajar dengan bidang sentuh dan berlawanan dengan arah
kecenderungan gerak.
1. Gaya gesek statis ( fs ) adalah gaya gesek yang dimiliki oleh benda dalam keadaan diam.
2. Gaya gesek kinetik ( fk ) adalah gaya gesekan yang dimilki oleh benda dalam keadaan
bergerak.
Penerapan Hukum II Newton pada gerak melingkar
a. Semua gaya yang mendekati pusat
lingkaran adalah positif
b. Semua gaya yang menjauhi pusat
lingkaran adalah negative
D. Hubungan Roda-Roda.
A. Hubungan roda-roda sepusat.
Fs = s.N
Dengan:
Fs = Gaya gesek statis (N)
s = koefisien gesek statis
N = gaya normal (N)
Fk = k.N Dengan:
Fk = Gaya gesek kinetis (N)
k = koefisien gesek kinetis
N = gaya normal (N)
F = mv2
r Dengan:
F = Resultan gaya (N)
m = Massa Benda (kg)
v = Kecepatan benda (m/s)
r = Jari-jari lingkaran
1
2 1=2
𝑉1
𝑅1 =
𝑉2
𝑅2
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
B. Hubungan roda-roda yang bersinggunan.
C. Hubungan roda-roda yang dihubungkan dengan sabuk.
E. Tips mengerjakan soal dinamika
1. Gambar gaya gaya yang ada, perhatikan arahnya juga
2. Apabila benda diam dan GLB gunakan hukum Newton I, apabila GLBB gunakan hukum
Newton II
3. Perhatikan satuan, gunakan satuan SI (1 N = 105
1 2
2 1
V1=V2
1
𝑅1 =
1
𝑅1
V1=V2
1
𝑅1 =
1
𝑅1
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
BAB II
HUKUM GRAVITASI NEWTON DAN HUKUM KEPLER
A. Gaya Gravitasi
Gravitasi adalah gejala yang muncul pada interaksi antara dua benda bermassa yaitu berupa
gaya tarik-menarik.
Gaya gravitasi ini berdasarkan Hukum Newton IV (Hukum Newton tentang Gravitasi)
yang berbunyi:
Maka pernyataan tersebut dapat dituliskan
Gaya gravitasi bumi pada suatu benda sering dinyatakan oleh
Yang menemukan konstanta gravitasi adalah Henry Cavendish pada tahun 1798
Gaya gravitasi suatu benda sama dengan gaya sentripetal nya
B. Resultan gaya gravitasi
“Gaya gravitasi antara dua benda merupakan gaya tarik menarik yang besarnya
berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak antara kedua benda”
F12 = F21 = G m1m2
r2
Dengan:
G = Konstanta gravitasi = 6,67 x 10-11 m3/kg s2
m1 = Massa benda 1 (kg)
m2 = Massa benda 2 (penyebab gravitasi) (kg)
r = Jarak antara benda 1 dengan 2 (m)
w = m.g
Dengan:
m = Massa benda (Kg)
g = Percepatan gravitasi bumi (m/s2)
Jika suatu benda dipengaruhi oleh dua buah
gaya gravitasi, maka resultan gayanya
diperoleh dari penjumlahan 2 gaya tersebut
F = F12 + F13
di mana besar resultan gaya gravitasi F adalah
F = √F122 + F132 + 2F12. F13. cosθ
Fs = m𝑣2
r
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
C. Kuat Medan Gravitasi
Kuat medan gravitasi yaitu daerah yang masih di pengaruhi oleh gaya gravitasi. Gaya
gravitasi yang bekerja pada benda dapat menimbulkan percepatan gravitasi, sehingga kuat
medan gravitasi sering disebut dengan percepatan gravitasi. Kuat medan gravitasi adalah
besarnya gaya gravitasi tiap satuan massa benda yang mengalami gaya gravitasi tersebut.
1. Ketinggian
Percepatan gravitasi pada ketinggian h dari permukaan bumi memenuhi persamaan
2. Kedalaman
Percepatan gravitasi pada kedalaman x dari permukaan bumi memenuhi persamaan
D. Energi Potensial Gravitasi
Energi Potensial dengan lebih dari dua
benda
g = G M
r2
Dengan:
G = Konstanta gravitasi = 6,67 x 10-11 m3/kg s2
M = Massa benda yang menimbulkan gravitasi
seperti bumi, matahari, bulan (Kg)
r = Jari-jari benda yang menimbulkan gravitasi (m)
g = G M
(r+h)2
g = go ( 1 - x
Ro)
Ep = - G m1m2
r Dengan:
G = Konstanta gravitasi = 6,67 x 10-11 m3/kg s2
m1 = Massa benda 1 (Kg)
m2 = Massa benda 2 (penyebab gravitasi) (Kg)
r = Jarak antara benda 1 dengan 2 (m)
Ep = - G ( m1m2
r12+
m2m3
r23+
m1m3
r13)
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
E. Potensial Gravitasi
Potensial gravitasi adalah energi potensial per satuan massa
F. Hukum Kekelan Energi
a. Energi Total
b. Hukum Kekalan energi mekanik
G. Hukum Kepler
1. Hukum kepler I
Setiap planet bergerak mengelilingi matahari dalam lintasan berbentuk elips dan matahari
terletak pada salah satu titik fokus elips.
2. Hukum Kepler II
Setiap planet bergerak sedemikian sehingga suatu garis khayal yang ditarik dari matahari
ke planet tersebut mencakup daerah dengan luas yang sama dalam waktu yang sama.
V = - G M
r
Dengan:
G = Konstanta gravitasi = 6,67 x 10-11 m3/kg s2
M = Massa benda (Kg)
r = Jarak antara benda 1 dengan 2 (m)
E = - G m1m2
2r
Dengan:
G = Konstanta gravitasi = 6,67 x 10-11 m3/kg s2
m1 = Massa benda 1 (Kg)
m2 = Massa benda 2 (penyebab gravitasi) (Kg)
r = Jarak antara benda 1 dengan 2 (m)
E = Ep + Ek
E = E’
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
- G m1m2
2r1 +
1
2mv1
2 = - G m1m2
2r2 +
1
2mv2
2
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
3. Hukum Kepler III
Kuadrat periode planet mengitari matahari sebanding dengan pengangkat tiga rata-rata
planet dari matahari.
H. Kecepatan Orbit sebuah satelit
I. Periode Orbit Sebuah Satelit
J. Tips Mengerjakan Soal gravitasi
1. Tulis apa yang diketahui dan ditanyakan.
2. Gunakan rumus yang tepat untuk menyelesaikan
3. INGAT ENERGI POTENSIAL DAN POTENSIAL BERNILAI NEGATIF
T12
T22 =
R13
R23
G = Konstanta gravitasi = 6,67 x 10-11 m3/kg s2
Massa Bumi = 6 x 1024 kg
Massa Matahari = 2 x 1030 kg
v = √G M
r
Dengan:
G = Konstanta gravitasi = 6,67 x 10-11 m3/kg s2
M = Massa benda yang diorbit (Kg)
r = Jarak antara benda 1 dengan 2 (m)
𝑇2=4𝜋2
𝐺𝑀𝑟3
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
BAB III
USAHA DAN ENERGI
A. Usaha
Usaha adalah gaya yang melakukan perpindahan
B. Energi
1. Energi Potensial
Benda yang memiliki ketinggian, memiliki Energi potensial pula
2. Energi Kinetik
Benda yang memiliki kecepatan, juga memiliki Energi Kinetik
3. Energi Mekanik
Penjumlahan Energi Kinetik dan Energi Potensial
W = F.s cos
Dengan:
W = Usaha (J atau kg m2/s2)
F = Gaya (N)
s = perpindahan yang dilakukan oleh gaya (m)
= sudut antara gaya dengan perpindahan
Ep = mgh
Dengan:
Ep = Energi potensial (J atau kg m2/s2)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian benda (m)
Ek = 1
2mv2
Dengan:
Ek = Energi Kinetik (J atau kg m2/s2)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
Em = Ep + Ek Dengan:
Em = Energi Mekanik (J atau kg m2/s2)
Ep = Energi Potensial (J atau kg m2/s2)
Ek = Energi Kinetik (J atau kg m2/s2)
Em = Em’
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
C. Hubungan usaha dan energy
1. Hubungan usaha dan energy potensial
2. Hubungan usaha dan energy kinetik
D. Daya
Daya adalah kemampuan untuk melakkan usaha tiap satuan waktu
E. Tips mengerjakan soal usaha energy
1. Tinjau gaya yang bekerja, dan sudut antara gaya dan perpindahan
2. Tinjau apakah benda memiliki ketinggian atau kecepatan untuk mengetahui energinya
3. Jangan lupakan Hukum Kekelan Energi Mekanik
4. INGATT HUBUNGAN ANTARA USAHA DENGAN ENERGI POTENSIAL ADA
NEGATIFNYA
-SEMANGAT PAT GUISSEE-
–apepepepepjr
W = -Ep
Dengan:
W = Usaha (J atau kg m2/s2)
Ep = perubahan Energi Potensial (J atau kg m2/s2)
W = Ek Dengan:
W = Usaha (J atau kg m2/s2)
Ek = perubahan Energi Kinetik (J atau kg m2/s2)
P = 𝑊
𝑡
Dengan:
P = Daya (Watt atau kg m2/s3)
W = Usaha (J atau kg m2/s2)
t = selang waktu (t0)
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
BAB IV
Momentum,Impuls,dan Tumbukan
A. Momentum
Momentum dapat didefinisikan sebagai ukuran kesukaran untuk
memberhentikan suatu benda yang dirumuskan sebagai hasil kali massa dan
kecepatan.
P = m . v
dengan
P = momentum (kg m/s)
m = massa (kg)
v = kecepatan (m/s)
Momentum diperoleh dari hasil kali besaran skalar massa dan besaran
vektor kecepatan, sehingga Momentum termasuk besaran vektor. Arah
momentum searah dengan arah kecepatan. Untuk momentum satu dimensi, arah
momentum cukup ditampilkan dengan tanda positif atau negatif.
Contoh Soal
Sebuah mobil bermassa 1000 kg bergerak dengan kecepatan 36 km/jam. Berapakah
momentum mobil tersebut?
Diketahui:
m = 1000 kg
v = 36 km/jam = 36.1000/3600 m/s = 10 m/s
Ditanyakan: P = …?
Jawab:
P = m . v = 1000 x 10 = 10.000
Jadi besarnya momentum mobil tersebut adalah 10.000 kg.m/s.
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Resultan pada Momentum
Karena Momentum adalah besaran vektor,maka berlaku aturan penjumlahan
vektor,Sehingga
P = P1 + P2
Untuk mencari Resultan Vektor P maka berlaku
P = √(P1)2 + (P2)2 + 2P1P2Cosθ
B. Impuls
Impuls disebut sebagai Perkalian antara gaya yang bekerja(dalam kasus ini
sering disebut gaya Impulsif) dengan selang waktu gaya itu bekerja pada benda
disebut Impuls.
Impuls secara matematis, dituliskan sebagai berikut:
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Impuls adalah hasil kali antara besaran vektor gaya F dengan besaran skalar selang
waktu t, sehingga impuls termasuk besaran vektor. Arah impuls I searah dengan
arah gaya impulsif F.
Jika gaya impulsif F, yang berubah terhadap selang waktu , dapat anda gambarkan
grafik F-t nya, maka luas arsir dalam selang waktu, dimana t= t2 – t1, sama dengan
luas arsir di bawah grafik F-t, dengan batas nilai dari t1 sampai dengan t2 (gambar
berikut).
Impuls = Luas daerah di bawah grafik F-t
Contoh
1. Sebuah bola biliard dipukul dengan gaya 20 N dalam selang waktu 0,5 sekon.
Tentukan Impuls yang bekerja pada bola biliard tersebut!
Diketahui:
F = 20 N
t = 0,5 sekon
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Ditanyakan: I = ……?
Jawab:
I = F. t= 20 N × 0,5 s = 10 Ns
Jadi besarnya impuls yang bekerja pada bola biliard tersebut adalah 10 Ns.
Dari persamaan impuls dapat disimpulkan bahwa gaya dan selang waktu
berbanding terbalik. Perhatikan tabel berikut:
Besarnya impuls yang dibentuk adalah sebesar 200 Ns, namun besar gaya dan selang
waktu gaya tersebut bekerja pada benda bervariasi. Dari Tabel di atas tersebut, dapat
dilihat bahwa jika waktu terjadinya tumbukan semakin besar (lama), gaya yang
bekerja pada benda akan semakin kecil. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa
waktu kontak antara gaya dan benda sangat mempengaruhi besar gaya yang
bekerja pada benda saat terjadi tumbukan.
Aplikasi Impuls dalam Keseharian dan Teknologi
Prinsip memperlama selang waktu kontak bekerjanya impuls agar gaya impulsif
yang dihasilkan menjadi lebih kecil, banyak diaplikasikan dalam peristiwa
keseharian.
1. Di bagian dalam helm selalu ada gabus/sponnya
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Ketika terjadi benturan, misalkan impuls yang dihasilkan oleh helm tanpa spon dan
helm dengan spon adalah sama. Tetapi selang waktu kontak antara helm dengan
spon lebih lama dibandingkan dengan helm tanpa spon. Hal ini akan menghasilkan
gaya impulsif yang lebih kecil. Gaya impulsif yang lebih kecil akan memberikan
rasa sakit yang lebih kecil. Sehingga helm dengan spon akan mengurangi rasa sakit
jika terjadi benturan.
2. Pertandingan atau latihan judo selalu diadakan di atas matras
Ketika pejudo dibanting di atas matras atau lantai, impuls yang dialaminya sama.
Tetapi karena selang waktu kontak antara punggung pejudo dan matras berlangsung
lebih lama daripada antara punggung pejudo dan lantai, maka gaya impulsif yang
dikerjakan matras pada punggung lebih kecil daripada gaya impulsif yang dikerjakan
lantai pada punggung. Sebagai akibatnya, pejudo yang dibanting di lantai tidak dapat
menahan rasa sakit akibat bantingan yang dialaminya.
C. Hubungan Impuls dan Momentum
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Perhatikan Gambar di atas. Sebuah bola datang ke arah pemain bola dengan
kecepatan awal vaw sesaat sebelum ditendang. Sesaat sesudah ditendang (impuls
bekerja), kecepatan akhir bola vak. Sesuai dengan hukum II Newton, maka:
Persamaan tersebut dapat kita nyatakan dengan kalimat berikut dan dikenal sebagai
Teorema Impuls-Momentum:
“Impuls yang dikerjakan pada suatu benda sama dengan perubahan momentum
yang dialami benda itu, yaitu beda antara momentum akhir dengan momentum
awalnya.”
D. Hukum Kekekalan Momentum
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Suatu tumbukan selalu melibatkan sedikitnya dua benda. Misalnya benda itu adalah
bola biliar A dan B (Gambar di atas). Sesaat sebelum tumbukan, bola A bergerak
mendatar ke kanan dengan momentum mAvA dan bola B bergerak mendatar ke kiri
dengan momentum mBvB. Momentum sistem partikel sebelum tumbukan tentu saja
sama dengan jumlah momentum bola A dan bola B sebelum tumbukan.
Momentum sistem partikel sesudah tumbukan tentu saja sama dengan jumlah
momentum bola A dan bola B sesudah tumbukan.
Hukum Kekekalan Momentum Linear
Dalam peristiwa tumbukan, momentum total sistem sesaat sebelum tumbukan sama
dengan momentum total sistem sesaat sesudah tumbukan, asalkan tidak ada gaya
luar yang bekerja pada sitem.
Formulasi hukum kekekalan momentum linear di atas dinyatakan oleh:
Contoh
Sebuah bola bilyard 1 dengan massa 30 g dan kecepatan 0,5 m/s bergerak ke kanan
mengenai bola bilyard 2 dengan massa 30 g yang diam di bidang datar tanpa
gesekan. Jika kecepatan bola bilyard 1 setelah tumbukan 1 m/s ke arah kiri, maka
hitunglah kecepatan bola bilyard setelah tumbukan!
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Sistem ini dapat digambarkan seperti gambar di atas
Diketahui:
mA = 30 g = 0,03 kg
vA = 0,5 m/s
mB = 30 g = 0,03 kg
vB = 0
vB’ = -1 m/s (tanda (-) menyatakan gerak ke kiri)
Ditanyakan: v2’ = ….?
Jawab:
Menurut Hukum Kekekalan Momentum Linear
(0,03 x 0,5) + (0,03 x 0) = (0,03 x -1) + (0,03 x vb’)
vb’=1.5 m/s
Karena nilainya positif, jadi bola billiard 2 bergerak ke kanan.
e. Tumbukan/Collision
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Tumbukan memiliki 3 jenis yaitu Tumbukan lenting sempurna, Tumbukan lenting
sebagian, dan tumbukan tidak lenting sama sekali.
Tumbukan lenting sempurnaadalah peristiwa tumbukan yang terjadi jika
energi kinetik pada sistem tersebut adalah tetap (berlaku hukum kekekalan
energi kinetik), contohnya peristiwa Tumbukan pada bola billiard.
Tumbukan lenting sebagian adalah adalah peristiwa tumbukan yang terjadi
jika pengurangan energi kinetik sistem (tidak berlaku hukum kekekalan
energi kinetik).
Tumbukan tidak lenting sama sekaliadalah peristiwa tumbukan yang terjadi
apabila hasil akhir dari proses tumbukan membuat benda dalam keadaan
menempel (bergabung sehingga kedua benda dapat dianggap sebagai satu
benda) dan keduanya bergerak dengan kecepatan yang sama contohnya
penembakan bandul balistik.
1) Tumbukan Lenting Sempurna
Bunyi hukum Tumbukan lenting sempurna adalah “untuk tumbukan lenting
sempurna, kecepatan relatif sesaat sesudah tumbukan sama dengan minus
kecepatan relatif sesaat sebelum tumbukan”. Rumus umum dari Tumbukan lenting
sempurna adalah sebagai berikut:
Di mana: notasi aksen(‘) misalnya V’ diberikan untuk besaran kecepatan
dan Momentum sesaat sesudah tumbukan.
Pada tumbukan lenting sempurna juga berlaku hukum kekekalan energi
kinetik (energi mekanik dan energi potensial sistem tetap), yaitu jumlah
energi kinetik sistem sebelum dan sesudah tumbukan.
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
2) Tumbukan Lenting Sebagian
Pada tumbukan lenting sebagian tidak berlaku hukum kekekalan energi
kinetik karena ada sejumlah energi kinetik hilang dalam bentuk panas dan
bunyi pada proses tumbukan. Soal-soal tumbukan lenting sebagian umumnya
diselesaikan dengan gabungan dari dua persamaan ini yaitu:
e disebut koefisien restitusiyakni negatif perbandingan antara kecepatan relatif
sesaat sesudah tumbukan dengan kecepatan relatif sesaat sebelum tumbukan, untuk
tumbukan satu dimensi. Secara matematis, koefisien restitusi adalah sebagai
berikut:
Nilai koefisien restitusi adalah terbatas, yaitu antara nol dan satu (0 ≤ e ≤
1).Koefisien restitusi sering dipakai pada kasus terjadi pada bola yang dipantulkan.
Contohnya bola tenis dijatuhkan pada ketinggian h1. Bola mengenai lantai dan
terpental dengan ketinggian h2, di mana h2< h1, nilai koefisien restitusi untuk
tumbukan antara bola tenis jatuh bebas dan mengenai lantai dapat dinyatakan oleh
persamaan di bawah ini:
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
3) Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali
Pada tumbukan tidak lenting sama sekali tidak berlaku hukum kekekalan energi
kinetik (energi mekanik) karena sebagian energi pada proses tumbukan hilang
dalam bentuk panas dan bunyi ke lingkungan sekitar tumbukan. Sesaat sesudah
proses tumbukan, kedua benda yang bertumbukan bergabung menjadi satu sistem
dan bergerak bersama-sama, sehingga:
V1’ = V2’ = V’
Karena itu, nilai koefisien restitusi adalah:
Soal-soal yang berkaitan dengan tumbukan tidak lenting sama sekali dapat
diselesaikan dengan persamaan di bawah ini, yaitu:
Tips dan Trik Menyelesaikan Soal Tumbukan
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Tips dan Trik untuk menyelesaikan kasus-kasus dari soal-soal Tumbukan adalah sebagai berikut:
1. Tulis informasi-informasi yang diketahui serta yang ditanyakan pada soal beserta satuan yang
diberikan. Hal ini bertujuan agar mempermudah Quipperian menuju langkah selanjutnya yaitu
pengelompokkan tipe soal.
2. Kelompokkan tipe soal berdasarkan informasi yang didapat. Contoh, apabila dalam soal hanya
diketahui massa dan kecepatan dan yang ditanyakan sebuah Momentum, maka kita dapat
menggunakan rumus Momentum linier.
3. Apabila dalam soal terdapat sebuah massa pertama yang diam lalu massa kedua ditembakkan atau
didekatkan dan hasil akhir massa tersebut saling bergabung dan bergerak, dapat dipastikan soal
tersebut bertipe Tumbukan tidak lenting sama sekali. Dan apabila ditanyakan nilai koefisien restitusi
dari soal bertipe tumbukan tidak lenting sama sekali nilai koefisien restitusinya adalah 0.
Semangat PAT!!!!
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
BAB V
Gerak Harmonik Sederhana
Simpangan Gerak Harmonik Sederhana
Simpangan gerak harmonik dapat diperoleh dengan memproyeksikan kedudukan
benda yang bergerak melingkar beraturan pada diameter lingkaran.
Dari gambar diatas diketahui bahwa proyeksi kedudukan benda (y) pada diameter
lingkaran menghasilkan fungsi sinus. Oleh karena itu, simpangan gerak harmonik
sederhana dirumuskan sebagai berikut.
F. y = A sin θ = A sin ωt
A adalah amplitudo, yaitu simpangan terjauh yang mampu dicapai benda. θ adalah
besarnya sudutfase yang dilalui benda.
Benda menempuh satu kali getaran (satu fase) apabila sudut yang ditempuh sebesar
2π radian (360°). Apabila benda telah menempuh sudutfase sebesar 0o pada saat t =
0, rumus simpangan benda menjadi:
G. y = A sin (ωt + θo )
oleh karena ω = 2π.f , persamaan simpanagan dapat ditulis sebagai berikut:
H. y = A sin (ωt + θo )
= A sin (2π . f . t + θo )
Kecepatan Gerak Harmonik Sederhana
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Kecepatan merupakan turunan pertama dari fungsi posisi. Kecepatan gerak
harmonik dapat diketahui dengan menurunkan fungsi simpangan terhadap waktu.
Secara matematis, kecepatan gerak harmonik dirumuskan sebagai berikut.
Kecepatan maksimum vm terjadi ketika nilai cos (ωt + θo ) = 1. Dengan demikian,
kecepatan maksimumnya dirumuskan:
I. vmaks = A . ω
Dari kecepatan maksimum tersebut, rumus kecepatan dapat ditulis menjadi:
J. V = vmaks . cos (ωt + θ0 )
Hubungan antara kecepatan, amplitudo, dan simpangan pada gerak harmonik
sederhana sebagai berikut.
Percepatan Gerak Harmonik Sederhana
Percepatan sesaat merupakan turunan dari fungsi kecepatan. Dengan demikian,
percepatan gerak harmonik sederhana dirumuskan sebagai berikut.
Oleh karena A sin (ωt + θo ) merupakan fungsi y, persamaan percepatan gerak
harmonik dapat ditulis sebagai berikut.
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
K. ay = -ω2 . y
Tanda negatif menunjukkan bahwa arah percepatan selalu berlawanan dengan arah
simpangan. Percepatan maksimum gerak harmonik sederhana terjadi ketika nilai sin
(ωt + θo) = 1. Dengan demikian, nilai percepatan maksimum gerak harmonik
sederhana dirumuskan:
L. amaks = -ω2 . A
Sudut Fase, Fase, dan Beda Fase Gerak Harmonik Sederhana
Simpangan benda pada gerak harmonik sederhana dirumuskan sebagai berikut.
M. y = A sin (ωt + θo)
Besar sudut dalam fungsi sinus disebut sudut fase (θ). Sudut fase dalam gerak
harmonik dirumuskan sebagai berikut.
Fase (ϕ) dalam gerak harmoni dirumuskan berikut.
Beda fase (∆ϕ) dirumuskan:
Dua buah benda yang melakukan gerak harmonik akan sefase jika beda fase
keduanya sama dengan nol dan memiliki fase yang berlawanan jika beda fase
keduanya sama dengan setengah.
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
K.
Periode dan Frekuensi Gerak Harmonik Sederhana
Periode (T) adalah waktu yang diperlukan suatu benda untuk melakukan satu
getaran lengkap. Frekuensi (f) adalah banyak getaran yang dilakukan tiap satuan
waktu. Satuan periode dalam SI adalah sekon (s), sedangkan satuan frekuensi dalam
SI adalah hertz (Hz) atau s-1. Dari kedua pengertian tersebut, hubungan antara
periode dan frekuensi sebagai berikut.
N. a. Periode dan Frekuensi Pegas
Gaya pemulih pegas:
O. Fp = – kx
Berdasarkan hukum II newton, F = ma , sehingga:
Dari persamaan percepatan gerak harmonik sederhana diperoleh bahwa a = ω2y.
Oleh karena pegas bergerak sepanjang sumbu X, percepatan pegas adalah a = -ω2x.
Dari kedua persamaan di atas diperoleh persamaan sebagai berikut.
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Jadi, periode dan frekuensi pegas:
P. b. Periode dan Frekuensi Ayunan Sederhana
Besarnya gaya pemulih pada ayunan sederhana:
Q. Fp = -mg sin θ
Berdasarkan hukum II newton, F = ma sehingga:
Percepatan gerak harmonic sederhana bernilai a = ω2y. persamaan tersebut menjadi
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Periode dan frekuensi ayunan sederhana sebagai berikut.
Energi Gerak Harmonik
Benda yang bergerak harmonik memiliki energi potensial dan energi kinetik. Jumlah
kedua energi ini disebut energi mekanik.
R. a. Energi Potensial Gerak Harmonik
Energi potensial dapat dirumuskan atas dasar perubahan gaya yang bekerja pada
gerak harmonik. Energi potensial berbanding lurus dengan simpangannya (F = ky).
Energi potensial gerak harmonik dirumuskan sebagai berikut.
Apabila diuraikan, energy potensial menjadi
Energy potensial maksimum ketika nilai sin2 ωt=1, ketika benda berada pada
simpangan maksimum, kecepatan benda = 0.
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
S. b. Energi Kinetik Gerak Harmonik
Energi kinetik gerak harmonik dirumuskan sebagai berikut.
Energy kinetic maksimum dicapai benda pada titik seimbangnya. Energy kinetic
minimum dicapai benda pada simpangan maksimum (titik balik). Energy kinetic
maksimum dirumuskan sebagai berikut.
T. c. Energi Mekanik
Energi mekanik yang terjadi pada benda yang bergetar harmonik tidak bergantung
waktu dan tempat sehingga energi mekanik yang terjadi pada benda- di mana pun
adalah sama.
Superposisi Dua Gerak Harmonik
Sebuah benda memiliki kemampuan untuk melakukan dua getaran sekaligus. Dua
getaran yang dilakukan sebuah benda dapat segaris atau membentuk sudut. Apabila
dua getaran dialami oleh sebuah benda, simpangan benda atau titik itu merupakan
jumlah dari setiap simpangan. Perpaduan dua getaran tersebut dirumuskan sebagai
berikut.
Rangkuman Fisika Kelas X Semester II
Kasus Khusus pada Gerak Harmonik Sederhana
1) Lift
Persamaan Periode dan Frekuensi berbeda antara begerak ke atas , ke bawah,
atau diam.Gambar Di bawah ini merupakan pembuktiannya
θ dengan titik 2 di atas disebut sebagai “Theta Double Dot” atau Percepatan sudut
bandul dan persamaan umum pada gerak harmonik sederhana adalah θ’’ + ω2 θ = 0
sehingga bisa didapat T dan f nya dari
ω2 nya