IPA · Bab XVI GAYA DAN PERCEPATAN

Setya Nurachmandani Samson

23/08/2021 07:02:43

SMP 8 KTSP

Lihat Katalog Lainnya

Halaman

GAYA DAN PERCEPATAN

Bab

XVI

Tujuan Pembelajaran

Kamu dapat menjelaskan pengertian gaya, mengidentifikasi jenis-jenis gaya, penjumlahan

gaya, dan pengaruhnya pada suatu benda yang dikenai gaya.

Kata Kunci

Gaya

Gaya Sentuh

Arah Gaya

Gaya Gesekan

Gaya Tak Sentuh

Gaya Berat

Peta Konsep

Gaya

merupakan

menyebabkan

alat ukur

Besaran vektor

- benda diam menjadi bergerak

- benda bergerak menjadi diam

- menambah atau mengurangi

kecepatan benda

- mengubah bentuk dan ukuran benda

- mengubah arah gerak benda

Dinamometer

terdiri atas

contoh

Gaya sentuh

Gaya tak sentuh

- gaya gravitasi

- gaya listrik

- gaya magnet

gaya otot

- gaya gesek

- gaya pegas

224

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

Kegiatan 16.1

Pernahkah kamu memerhatikan se-

buah kereta api dengan beberapa gerbong

yang penuh penumpang dapat bergerak

dengan cepat? Apa yang menyebabkan

gerbong-gerbong tersebut dapat bergerak?

Gerbong-gerbong kereta api tersebut da-

pat bergerak karena ditarik oleh lokomotif

kereta. Demikian juga dengan kereta kuda

ataupun gerobak. Kereta kuda dapat

bergerak karena ditarik kuda, dan gerobak

bergerak karena didorong oleh orang.

A. Gaya

Apakah gaya itu? Pada uraian di atas, kamu mengetahui penyebab bergeraknya

beberapa benda, yaitu kereta api bergerak karena ditarik lokomotif, kereta kuda bergerak

karena ditarik kuda, dan gerobak bergerak karena didorong manusia. Tarikan atau

dorongan yang dikerjakan pada suatu benda dalam istilah fisika

merupakan

gaya

Dalam kehidupan sehari-hari, hampir setiap saat kamu berhubungan dengan gaya.

Apa pengaruh gaya yang kamu berikan pada suatu benda? Apa pula akibat yang timbul

dari gaya yang kamu berikan? Untuk memahaminya lakukan kegiatan berikut!

Pengaruh Gaya

A. Tujuan

Kamu dapat menunjukkan pengaruh gaya dari gaya yang kamu berikan.

B. Alat dan Bahan

Troli, papan luncur, tiang penyangga, dan tali/benang.

C. Langkah Kerja

1. Susunlah alat dan bahan seperti gambar

di samping!

2. Tempatkan troli di ujung atas papan luncur!

3. Lepaskan tali dan amati kecepatannya!

4. Ulangi kegiatan (2) lalu doronglah troli dengan tangan, amati

kecepatannya!

5. Bandingkan kecepatan troli pada kegiatan (3) dan (4)!

6. Ikatkan tali/benang pada ujung belakang troli!

7. Ulangi kegiatan (2) dan (3), tetapi tali atau benang dipegang erat

lalu sedikit demi sedikit dikendurkan! Apa yang terjadi?

8. Apa kesimpulanmu?

Gambar 16.1

Tarikan kuda terhadap kereta me-

rupakan sebuah gaya.

Sumber

: Foto Haryana

Gaya dan Percepatan

225

Soal Kompetensi

Pada Kegiatan 16.1 memperlihatkan bahwa saat troli dilepaskan dari ujung

papan luncur, troli mula-mula diam lalu bergerak dengan kecepatan yang cukup

besar; saat troli di ujung atas papan luncur dan diberi dorongan, troli bergerak

dengan kecepatan yang lebih besar; dan saat troli diikat tali dan tali dipegang

kemudian troli dilepaskan dari ujung atas, maka troli bergerak turun dengan

kecepatan yang lebih kecil. Berdasarkan data tersebut dapat disimpulkan bahwa

gaya dapat menyebabkan benda bergerak, gaya dapat menambah kecepatan benda,

dan gaya dapat mengurangi kecepatan benda.

1. Carilah contoh peristiwa di sekitarmu yang menunjukkan adanya gaya!

2. Mengapa pesawat terbang yang terbuat dari besi dapat terbang di udara?

B. Gaya Sentuh dan Gaya Tak Sentuh

Pada waktu kamu naik sepeda, kakimu mengayun pedal

sepeda sehingga sepeda dapat berjalan. Artinya, kakimu yang

bersentuhan dengan pedal sepeda memberikan gaya kepada

sepeda. Pada waktu kamu mendorong gerobak, tanganmu

menyentuh bagian belakang gerobak dan memberinya gaya,

sehingga gerobak dapat bergerak. Gaya yang kamu berikan

pada benda-benda tersebut dapat memengaruhi gerak maupun

bentuk benda jika saling bersentuhan, sehingga dinamakan

gaya sentuh

Pernahkah kamu melihat buah kelapa yang jatuh dari pohon? Pernahkah kamu

melempar batu atau benda lain ke atas dan memerhatikannya? Buah kelapa yang

jatuh arahnya selalu ke bawah, menuju bumi, demikian juga batu atau benda lain

yang dilempar ke atas akan jatuh kembali ke bumi. Hal ini terjadi karena adanya

pengaruh gaya dari bumi yang disebut

gaya tarik bumi

atau

gaya gravitasi bumi

Gaya gravitasi bumi dapat bekerja pada sebuah benda tanpa harus bersentuhan.

Gaya gravitasi bumi termasuk

gaya tak sentuh

. Contoh lain gaya tak sentuh adalah

gaya listrik (gaya coloumb) dan gaya magnet.

C. Gaya dan Arah Gaya

Gaya dapat berupa tarikan atau dorongan. Bila sebuah balok kayu diletakkan

di atas meja kemudian didorong ke kanan, maka balok tersebut akan bergeser ke

kanan. Begitu pula bila balok didorong ke kiri, maka balok tersebut akan bergeser

ke kiri. Jadi, dorongan yang diberikan pada balok mangakibatkan balok tersebut

bergeser sesuai dengan arah dorongan. Hal ini menunjukkan gaya mempunyai arah

tertentu. Gaya disimbolkan dengan huruf

dan merupakan besaran vektor.

Gambar 16.2

Ga-

ya sentuh pada se-

peda

Sumber

: Foto Haryana.

226

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

Contoh

Soal Kompetensi

Untuk mengukur besarnya gaya yang bekerja pada benda digunakan alat yang

disebut

neraca pegas

atau

dinamometer

. Pada prinsipnya, neraca pegas bekerja

berdasarkan perubahan panjang pegas, karena pengaruh suatu gaya. Besarnya gaya

dinyatakan dengan penunjukan skala pada bagian luar neraca pegas dan dinyatakan

dalam satuan Newton (N). Satu Newton merupakan gaya yang memberikan

percepatan 1 m/s

kepada massa 1 kg, atau dapat dikatakan 1 N = 1 kg m/s

1. Konversikan 1 Newton menjadi satuan dyne!

2. Sebutkan tiga contoh gaya sentuh dan tak sentuh!

D. Perpaduan Gaya

Perpaduan gaya adalah penggabungan dua atau lebih gaya menjadi satu gaya

yang disebut

resultan gaya

. Perpaduan gaya ada dua, yaitu sebagai berikut.

1. Dua Buah Gaya Segaris dan Searah

Dua buah gaya atau lebih yang segaris dan searah dapat diganti dengan

sebuah gaya lain yang besarnya sama dengan jumlah gaya-gaya tersebut. Untuk

dua gaya yang searah, besar resultan gaya dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

: resultan (N)

: gaya pertama (N)

: gaya kedua (N)

Sebuah meja didorong oleh dua orang dnegan gaya searah masing-

masing 10 N dan 15 N. Berapa besar gaya yang bekerja pada meja?

Diketahui :

= 10 N

dan

searah

= 15 N

Ditanyakan :

= ...?

Jawab :

+ F

= 15 + 10

= 25 N

Gaya dan Percepatan

227

Soal Kompetensi

Contoh

2. Dua Buah Gaya yang Segaris dan Berlawanan Arah

Dua buah gaya yang berlawanan arah, resultannya (

) dapat dirumuskan

sebagai berikut.

Dua buah gaya segaris yang sama besarnya tetapi berlawanan arah, maka

resultannya sama dengan nol.

Karena resultan gaya yang bekerja pada benda

nol, maka benda tidak mengalami perubahan gerak. Keadaan benda seperti

ini dinamakan dalam keadaan seimbang.

Diketahui dua buah gaya masing-masing 10 N

ke arah kanan dan 15 N

ke arah kiri. Hitung gaya perpaduan kedua gaya tersebut dan tentukan

arahnya!

Diketahui :

= 10 N

dan

berlawanan arah

= 15 N

Ditanyakan :

= ...?

Arah = ...?

Jawab :

= 15 10

= 5 N

Arah

sama dengan arah

yaitu ke kiri. Jadi, besar perpaduan

dan

adalah 5 N, arahnya ke kiri.

1. Dengan mengamati gerak suatu benda, bagaimana kamu bisa menga-

takan bahwa gaya yang bekerja itu seimbang?

2. Apakah suatu gaya yang searah dapat menimbulkan keseimbangan

dalam suatu benda?

228

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

Tokoh

Galileo Galilei

(1564 1642)

Galileo Galilei adalah seorang ahli matematika,

astronom, dan ahli fisika dari Italia. Ia dilahirkan pada

tanggal 15 Februari 1564 di Pisa, Italia. Ayahnya

seorang ahli musik dan matematika yang miskin, se-

hingga ia berharap Galileo kelak menjadi seorang dok-

ter karena gajinya yang tinggi.

Setelah berumur 17 tahun, Galileo disuruh ayah-

nya masuk Universitas Pisa jurusan kedokteran. Sela-

ma belajar di kedokteran ini, Galileo membuat pene-

muan besarnya yang pertama, yaitu prinsip pendulum

yang menyatakan bahwa waktu untuk satu ayunan total adalah sama walau-

pun lengkungannya kecil atau besar. Karena tidak mendapatkan beasiswa,

ia keluar dari kedokteran kemudian masuk kembali ke jurusan lain pada

universitas yang sama dan menjadikan Galileo sebagai profesor matematika.

Pada waktu menjadi profesor di University of Padua, ia berhasil membuat

penemuan lagi, yaitu hukum inersia/kelembamam. Hukum ini menyatakan

bahwa sebuah objek akan berubah kecepatan atau arahnya jika didorong

oleh gaya dari luar.

Selain penemuan-penemuan tersebut, Galileo juga berhasil membuat

teleskop yang dapat membuat benda menjadi 32 kali lebih besar. Dengan

teleskop ini, ia mendukung pendapat Copernicus bahwa sistem planet ber-

pusat pada matahari. Dukungannya ini membuat ia ditangkap oleh para

tokoh agama, diadili, dan dikenakan tahanan rumah sampai ia meninggal.

Galileo meninggal pada tahun 1642 di Arcetri. Sampai sekarang, Galileo

terkenal dengan pendiriannya yang kuat demi menengakkan kebenaran, meski

kebebasan dan nyawa taruhannya.

E. Gaya Gesekan

Gaya gesekan

adalah gaya yang timbul pada permukaan yang bersentuhan antara

dua benda.

Arah gaya benda yang bergesekan berlawanan.

Jika kamu mendorong

benda ke arah kanan, maka gaya gesekan ke arah kiri. Untuk lebih jelasnya, lakukan

kegiatan berikut!

Sumber

: Jendela Iptek. Cahaya.

Gaya dan Percepatan

229

Kegiatan 16.2

N oMassa Benda

Berat Benda Gaya Gesek

50 g

100 g

150 g

... N

Gaya Gesekan

A. Tujuan

Kamu dapat menyelidiki faktor-faktor yang memengaruhi besarnya gaya

gesek.

B. Alat dan Bahan

Lantai, meja, neraca pegas, benda bermassa 50 g, 100 g, dan 150 g.

C. Langkah Kerja

1. Pengaruh Massa Benda terhadap Gaya Gesek

a. Timbanglah beban 50 g dengan neraca pegas!

b. Letakkan beban di atas meja seperti terlihat pada gambar!

c. Tariklah beban menggunakan neraca pegas. Amati gaya yang

ditunjukkan oleh neraca pegas sewaktu benda akan bergerak!

d. Ulangi percobaan seperti langkah a sampai dengan c untuk

benda bermassa 100 g dan 150 g secara berurutan!

e. Catat hasilnya ke dalam tabel pengamatan!

Tabel 16.1 Hasil Pengamatan

Catatan: percepatan gravitasi = 10 m/s

2. Pengaruh Kasar/Halusnya Permukaan Benda yang Bersinggungan

a. Taruhlah beban 150 g di atas lantai, kemudian tariklah benda

tersebut menggunakan neraca pegas seperti terlihat pada

gambar dan catatlah hasilnya!

230

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

In Tips

Soal Kompetensi

b. Ulangi percobaan tersebut seperti langkah 2(a) dengan benda

di atas meja dan benda di atas papan kasar secara berurutan!

c. Catat hasil pengamatanmu ke dalam tabel pengamatan!

Tabel 16.2 Hasil Pengamatan

Kegiatan 16.2 menunjukkan bahwa makin

besar massa benda dan makin kasar

permukaan sentuh benda, gaya gesekannya makin besar. Jadi, besar gaya gesekan

dipengaruhi oleh massa benda dan kasar halusnya permukaan bidang sentuh. Dalam

kehidupan sehari-hari dapat dijumpai peristiwa gesekan, baik yang menguntungkan

maupun yang merugikan. Contoh gaya gesek yang menguntungkan adalah gesekan

yang terjadi antara ban mobil dengan aspal. Apabila ban mobil halus, maka mobil

mudah selip. Oleh karena itu, ban mobil dibuat bergerigi. Contoh gaya gesekan

yang merugikan adalah gesekan yang terjadi antara piston dan silinder. Adanya

gesekan tersebut mengurangi kemampuan mesin karena ada energi yang menjadi

panas. Untuk mengurangi gaya gesekan dapat dilakukan dengan menghaluskan

permukaan dan memberi pelumas pada permukaan yang bersinggungan.

1. Apakah gaya gesekan juga bekerja ketika benda bergerak di air?

2. Apakah luas bidang sentuh memengaruhi gaya gesekan?

3. Sebutkan faktor yang memengaruhi gaya gesekan selain yang telah

diuraikan di depan!

Pesawat Terbang Air

Bionic Dolphin

Semua orang pasti terpesona melihat lum-

ba-lumba. Mamalia laut yang satu ini memang

lucu, cerdas, ramah, dan terkenal suka meno-

long manusia yang tenggelam di laut. Bentuk

lumba-lumba mengilhami para perancang pes-

wat dan kapal selam. Contohnya, moncong

N oPermukaan Bidang Gaya Gesek

Lantai

Meja

Papan kasar

... N

Sumber

: Suplemen Suara

Merdeka. Yunior.

Gaya dan Percepatan

231

Kegiatan 16.3

pesawat supersonik dibuat meniru moncong lumba-lumba. Menurut para

perancangnya, moncong lumba-lumba mengilhami mereka untuk mengurangi

hambatan udara pada permukaan luar pesawat.

Pada tahun 2001, perusahaan pesawat terbang Innespace, Amerika

Serikat berhasil mengembangkan ide Thomas A. Rowe berupa pesawat terbang

air

Bionic Dolphin

. Pesawat ini diberi nama

Bionic Dolphin

karena bentuknya

seperti lumba-lumba. Pesawat mampu meloncat tinggi, berputar 360°,

menggelepar di permukaan air, menyelam, dan melakukan berbagai manuver

yang menakjubkan. Pesawat ini berukuran panjang 4,4 meter dengan mesin

berkekuatan 110 tenaga kuda yang membuat pesawat mampu melesat dengan

kecepatan 85 mph di permukaan air dan 35 mph di bawah permukaan air.

Mungkin kamu bertanya-tanya, untuk apa Innespace membuat pesawat

menyerupai lumba-lumba itu? Pesawat ini dimanfaatkan untuk kepentingan

komersial dan rekreasi terutama untuk misi menolong orang tenggelam atau

mencari orang yang hilang ditelan ombak. Sayang sekali, pesawat ini hanya

memiliki satu tempat duduk, yaitu untuk tempat pilot. Innespace sedang

menunggu peran serta kamu untuk mengembangkan pesawat

Bionic Dolphin

dengan dua tempat duduk. Siapa mau mencoba?

(Dikutip seperlunya dari Suplemen Anak

Suara Merdeka

Yunior

, edisi 242, 2004.)

F. Berat Benda

Apa yang dimaksud dengan berat benda? Bagaimana hubungan antara berat

dan massa sebuah benda? Untuk mengetahuinya, lakukan kegiatan berikut!

Memahami Berat Benda

A. Tujuan

Kamu dapat mengetahui hubungan antara massa dengan berat sebuah

benda.

B. Alat dan Bahan

Batu, besi, kayu, dan aluminium.

C. Langkah Kerja

1. Timbanglah massa benda dengan neraca Ohauss!

2. Timbanglah berat benda dengan neraca pegas!

3. Catat hasil pengukuran tersebut pada tabel berikut!

232

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

Contoh

Tabel 16.3 Hasil Pengamatan

Berdasarkan percobaan, perbandingan antara berat dan massa mendekati angka

yang sama dan disebut sebagai

percepatan gravitasi

yang dilambangkan (

), secara

matematis dapat ditulis

atau

w = m × g

Keterangan:

: berat benda (N)

: massa benda (kg)

: percepatan gravitasi (m/s

)

Jadi, berat benda adalah besarnya gaya gravitasi yang bekerja pada benda.

Besar gaya gravitasi bergantung pada letak benda atau ketinggian benda dari bumi.

Makin jauh benda dari permukaan bumi, maka berat benda tersebut makin

berkurang.

Sebuah benda massanya 15 kg. Berapakah berat benda tersebut jika

ditimbang di tempat yang percepatan gravitasinya 9,8 m/s

Diketahui :

= 15 kg

= 9,8 m/s

Ditanyakan :

= ...?

Jawab :

w = m × g

= 15 × 9,8

= 147 kg m/s

= 147 N

N oNama Benda

Massa (

)

Berat (

)

...

Gaya dan Percepatan

233

Rangkuman

Ilmuwan Kecil

Sumber

: CD Clipart.

Pernahkah kamu melihat atraksi terjun

bebas? Pada saat turun ke tanah, para pener-

jun-penerjun itu sempat melakukan berbagai

manuver yang menakjubkan. Jika diperha-

tikan, para penerjun tidak langsung jatuh ke

bawah, tetapi dapat melayang-layang dulu

di udara. Coba kamu diskusikan bersama

temanmu, gaya apa yang menyebabkan pe-

nerjun dapat melayang di udara yang akhirnya sampai di tanah! Tulislah

hasil diskusimu dalam bentuk tulisan ilmiah, kemudian kumpulkan kepada

gurumu!

1. Gaya dalam istilah fisika adalah tarikan atau dorongan yang dikerjakan

pada suatu benda.

2. Gaya terdiri atas gaya sentuh dan gaya tak sentuh.

3. Alat untuk mengukur gaya disebut neraca pegas/dinamometer.

4. Satuan gaya dalam SI adalah newton (N).

5. Perpaduan gaya adalah penggabungan gaya menjadi satu gaya yang

disebut resultan gaya.

6. Gaya gesekan adalah gaya yang timbul pada permukaan yang bersentuh-

an antara dua benda.

7. Berat benda adalah besarnya gaya gravitasi yang bekerja pada benda.

234

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

A.Pilihlah jawaban yang benar dengan menuliskan huruf a, b, c, atau d

di buku tugasmu!

1. Arah gaya gesekan selalu ....

a. searah dengan gaya berat benda

b. berlawanan arah dengan gaya berat benda

c. searah dengan gerak benda

d. berlawanan arah dengan gerak benda

Perhatikan gambar di atas! Besar resultan gaya yang bekerja pada benda

tersebut adalah ....

3. Besar gaya gravitasi di permukaan bulan adalah seperenam kali gaya

gravitasi bumi. Bila massa benda 6 kg dan percepatan gravitasi bumi 9,8

m/s

, maka berat benda di permukaan bulan adalah ....

a. 58,8 N

b. 15,8 N

c 9,8 N

d. 3,6 N

4. Dua buah gaya dikatakan seimbang bila ....

a. kedua gaya itu sama besar

b. kedua gaya itu berlawanan arah

c. kedua gaya itu mempunyai garis kerja yang berimpit

d. resultan kedua gaya itu sama dengan nol

5. Sebuah benda massanya 19 kg. Apabila benda itu ditimbang di tempat

yang percepatan gravitasinya 9,8 m/s

, maka berat benda itu adalah ....

a. 0,98 N

b. 0,8 N

c. 186,2 N

d. 198 N

Pelatihan

Gaya dan Percepatan

235

6. Gaya yang memberikan percepatan 1 m/s

kepada massa 1 g adalah ....

a. 1 newton

b. 1 dyne

c. 1 kgf

d. 1 gf

7. Perhatikan gambar di samping! Besar

= 200 N

dan

= 100 N. Besar perpaduan dua gaya pada

gambar di samping adalah ....

a. 200 N ke kiri

b. 300 N ke kanan

c. 100 N ke kiri

d. 100 N ke kanan

8. Penggaris plastik yang telah digosokkan pada rambut kering dapat menarik

potongan kertas kecil. Hal ini dapat terjadi karena adanya ....

a. gaya kontak

b. gaya listrik

c. gaya magnet

d. gaya sentuh

9. Perhatikan peristiwa berikut!

(1) busur direntangkan

(2) karet ditarik

(3) per ditekan

(4) jarum kompas bergerak

Dari empat peristiwa di atas, yang menimbulkan gaya pegas adalah ....

a. (1), (2), dan (3)

b. (1), (2), dan (4)

c. (1), (3), dan (4)

d. (2), (3), dan (4)

10. Apabila gaya 5 N digambarkan dengan anak panah sepanjang 2 cm, maka

gaya 30 N digambarkan dengan anak panah sepanjang ....

a. 5 cm

b. 6 cm

c. 12 cm

d. 15 cm

B.Kerjakan soal-soal berikut dengan benar!

1. Jika gaya bekerja pada suatu benda, maka dapat menyebabkan beberapa

perubahan pada benda tersebut. Sebut dan jelaskan perubahan tersebut!

2. Seorang astronot memiliki massa 79 kg di bumi. Apabila percepatan

gravitasi bumi 9,8 m/s

dan percepatan gravitasi bulan 1,6 m/s

, berapakah

berat astronot saat di bumi dan di bulan?

236

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

Refleksi

Pelajarilah kembali materi dalam bab ini! Carilah beberapa alamat situs

di internet yang membahas mengenai gaya dan percepatan! Catat hasilnya

di buku tugas dan kumpulkan di meja guru!

3. Ada lima orang siswa memberikan gaya masing-masing sebesar

= 75

= 130 N,

= 77 N,

= 90 N, dan

= 215 N. Bila

searah

dengan

tetapi berlawanan arah dengan

, dan

, maka hitunglah

resultan gaya-gaya tersebut!

4. Sebuah meja beratnya 490 N dan volumenya 5 dm

. Berapakah berat jenis

meja tersebut?

5. Sebuah benda ditimbang beratnya di daerah Khatulistiwa. Kemudian benda

tersebut ditimbang lagi beratnya, tetapi di Kutub Utara. Berapa hasil

penimbangan di kedua tempat tersebut?

IPA · Bab XVI GAYA DAN PERCEPATAN

Daftar Isi

Halaman