DINAMIKA: SEJARAH, APA YANG DIPELAJARI, HUKUM DAN TEORI - FISIK - 2025

The dinamis adalah area mekanika yang mempelajari interaksi antara tubuh dan efek mereka. Ini berkaitan dengan mendeskripsikan mereka secara kualitatif dan kuantitatif, serta memprediksi bagaimana mereka akan berkembang seiring waktu.

Dengan menerapkan prinsip-prinsipnya, diketahui bagaimana gerakan tubuh dimodifikasi ketika berinteraksi dengan orang lain, dan juga jika interaksi ini merusak bentuknya, karena sangat mungkin kedua efek tersebut terjadi pada waktu yang sama.

Gambar 1. Interaksi pada pengendara sepeda mengubah gerakan mereka. Sumber: Pixabay.

Keyakinan filsuf besar Yunani Aristoteles (384-322 SM) berlaku sebagai dasar dinamika di Barat selama berabad-abad. Dia mengira bahwa benda-benda bergerak karena semacam energi yang mendorongnya ke satu arah atau yang lain.

Dia juga mengamati bahwa saat sebuah benda didorong, ia bergerak dengan kecepatan konstan, tetapi saat dorongan dihentikan, benda itu bergerak semakin lambat hingga berhenti.

Menurut Aristoteles, aksi gaya konstan diperlukan untuk membuat sesuatu bergerak dengan kecepatan konstan, namun yang terjadi adalah filsuf ini tidak mengalami efek gesekan.

Gagasan lain dari dia adalah bahwa benda yang lebih berat jatuh lebih cepat daripada benda yang lebih ringan. Adalah Galileo Galilei yang hebat (1564-1642) yang mendemonstrasikan melalui eksperimen bahwa semua benda jatuh dengan percepatan yang sama terlepas dari massanya, dengan mengabaikan efek viskos.

Tapi Isaac Newton (1642-1727), ilmuwan paling luar biasa yang pernah hidup, yang dianggap sebagai bapak dinamika modern dan kalkulasi matematika, bersama dengan Gottfried Leibniz.

Gambar 2. Isaac Newton pada tahun 1682 oleh Godfrey Kneller. Sumber: Wikimedia Commons.

Hukumnya yang terkenal, yang dirumuskan selama abad ke-17, tetap valid dan segar hingga hari ini. Mereka adalah dasar dari mekanika klasik, yang kita lihat dan pengaruhi setiap hari. Hukum ini akan segera dibahas.

Apa yang dipelajari dinamika?

Dinamika mempelajari interaksi antar objek. Ketika objek berinteraksi, ada perubahan dalam gerakan dan deformasi mereka. Area tertentu yang disebut statis didedikasikan untuk sistem yang berada dalam kesetimbangan, sistem yang diam atau dengan gerakan bujursangkar yang seragam.

Dengan menerapkan prinsip-prinsip dinamika, dimungkinkan untuk memprediksi, melalui persamaan, apa yang akan menjadi perubahan dan evolusi objek pada waktunya. Untuk melakukan ini, beberapa asumsi ditetapkan tergantung pada jenis sistem yang akan dipelajari.

Partikel, benda padat dan media kontinu

Model partikel adalah yang paling sederhana untuk mulai menerapkan prinsip-prinsip dinamika. Di dalamnya diasumsikan bahwa benda yang diteliti memiliki massa, tetapi tidak berdimensi. Oleh karena itu sebuah partikel bisa sekecil elektron atau sebesar Bumi atau Matahari.

Saat ingin mengamati pengaruh ukuran terhadap dinamika, maka perlu diperhatikan ukuran dan bentuk benda. Model yang memperhitungkan hal ini adalah model padat kaku, benda dengan dimensi terukur yang terdiri dari sangat banyak partikel, tetapi tidak berubah bentuk karena pengaruh gaya.

Terakhir, mekanisme media kontinu tidak hanya memperhitungkan dimensi objek, tetapi juga karakteristik khususnya, termasuk kemampuan yang dimilikinya untuk berubah bentuk. Media kontinu mencakup padatan kaku dan tidak kaku, serta cairan.

Hukum Newton

Kunci untuk memahami cara kerja dinamika adalah dalam pemahaman menyeluruh tentang hukum Newton, yang secara kuantitatif menghubungkan gaya yang bekerja pada suatu benda dengan perubahan keadaan gerak atau diamnya.

Hukum Pertama Newton

Penjelasan hukum pertama Newton. Sumber: buatan sendiri.

Bilang begitu:

Bagian pertama dari pernyataan itu tampaknya cukup jelas, karena terbukti bahwa suatu objek diam akan tetap seperti itu, kecuali jika diganggu. Dan untuk ini dibutuhkan suatu gaya.

Di sisi lain, fakta bahwa sebuah benda terus bergerak meskipun gaya totalnya nol sedikit lebih sulit diterima, karena tampaknya suatu benda dapat tetap bergerak tanpa batas. Dan pengalaman sehari-hari memberi tahu kita bahwa cepat atau lambat segalanya melambat.

Jawaban atas kontradiksi yang tampak ini sedang dalam gesekan. Memang, jika sebuah benda bergerak pada permukaan yang sangat halus, ia dapat melakukannya tanpa batas waktu, dengan asumsi bahwa tidak ada gaya lain yang menyebabkan gerakan bervariasi.

Karena tidak mungkin menghilangkan gesekan seluruhnya, situasi di mana benda bergerak tanpa batas dengan kecepatan konstan merupakan idealisasi.

Akhirnya, penting untuk dicatat bahwa meskipun gaya totalnya nol, ini tidak selalu mewakili tidak adanya gaya total pada benda.

Benda-benda di permukaan bumi selalu mengalami gaya tarik gravitasi. Buku yang diletakkan di atas meja tetap seperti itu, karena permukaan meja memberikan gaya yang melawan beban.

Hukum kedua Newton

Penjelasan hukum kedua Newton. Sumber: buatan sendiri.

Hukum pertama Newton menetapkan apa yang terjadi pada benda yang gaya total atau resultannya nol. Sekarang hukum dasar dinamika atau hukum kedua Newton menunjukkan apa yang akan terjadi jika gaya total tidak meniadakan:

Akibatnya, semakin besar gaya yang diterapkan, semakin besar perubahan kecepatan suatu benda. Dan jika gaya yang sama diterapkan pada benda bermassa berbeda, perubahan terbesar akan dialami oleh benda yang lebih ringan dan lebih mudah bergerak. Pengalaman sehari-hari setuju dengan pernyataan ini.

Hukum ketiga Newton

Roket luar angkasa menerima tenaga penggerak yang diperlukan berkat gas yang dikeluarkan. Sumber: Pixabay.

Dua hukum pertama Newton mengacu pada satu objek. Tetapi hukum ketiga mengacu pada dua objek. Kami akan menamainya objek 1 dan objek 2:

F ₁₂ = - F ₂₁

Faktanya, setiap kali suatu benda dipengaruhi oleh suatu gaya, itu karena benda lain bertanggung jawab menyebabkannya. Jadi, benda-benda di bumi memiliki berat, karena ia menariknya menuju pusatnya. Muatan listrik ditolak oleh muatan lain yang bertanda sama, karena ia memberikan gaya tolak pada yang pertama, dan seterusnya.

Gambar 3. Ringkasan hukum Newton. Sumber: Wikimedia Commons. Hugo4914.

Prinsip konservasi

Dalam dinamika, ada beberapa besaran yang disimpan selama pergerakan dan yang kajiannya penting. Mereka seperti kolom padat yang memungkinkan untuk dilampirkan untuk memecahkan masalah di mana gaya bervariasi dengan cara yang sangat kompleks.

Contoh: saat dua kendaraan bertabrakan, interaksi di antara keduanya sangat intens tetapi singkat. Begitu kuat sehingga tidak ada gaya lain yang perlu diperhitungkan, oleh karena itu kendaraan dapat dianggap sebagai sistem yang terisolasi.

Tetapi menggambarkan interaksi yang intens ini bukanlah tugas yang mudah, karena melibatkan kekuatan yang bervariasi dalam waktu dan juga dalam ruang. Namun, dengan asumsi bahwa kendaraan merupakan sistem yang terisolasi, gaya antara keduanya bersifat internal, dan momentumnya terjaga.

Dengan menghemat momentum, dimungkinkan untuk memprediksi bagaimana kendaraan akan bergerak tepat setelah tabrakan.

Berikut adalah dua prinsip konservasi terpenting dalam Dinamika:

Konservasi Energi

Di alam ada dua jenis gaya: konservatif dan non-konservatif. Bobot adalah contoh bagus dari yang pertama, sedangkan gesekan adalah contoh bagus dari yang terakhir.

Nah, gaya konservatif dicirikan karena menawarkan kemungkinan menyimpan energi dalam konfigurasi sistem. Inilah yang disebut energi potensial.

Ketika sebuah benda memiliki energi potensial berkat aksi gaya konservatif seperti berat dan bergerak, energi potensial ini diubah menjadi energi kinetik. Jumlah dari kedua energi tersebut disebut energi mekanik sistem dan merupakan salah satu yang dilestarikan, yaitu tetap konstan.

Misalkan U adalah energi potensial, K energi kinetik, dan E _m energi mekanik. Jika hanya gaya konservatif yang bekerja pada suatu objek, memang benar bahwa:

Jadi:

Kekekalan momentum

Prinsip ini berlaku tidak hanya saat dua kendaraan bertabrakan. Ini adalah hukum fisika dengan ruang lingkup yang melampaui dunia makroskopis.

Momentumnya dipertahankan pada tingkat tata surya, bintang, dan galaksi. Dan itu juga terjadi pada skala atom dan inti atom, terlepas dari fakta bahwa mekanika Newton tidak berlaku lagi di sana.

Misalkan P adalah vektor momentum yang diberikan oleh:

P = m. v

Menurunkan P sehubungan dengan waktu:

Jika massa tetap konstan:

Oleh karena itu kita dapat menulis hukum kedua Newton seperti ini:

_Net F = d P / dt

Jika dua benda m ₁ dan m ₂ membentuk sistem yang terisolasi, gaya di antara keduanya bersifat internal dan menurut hukum ketiga Newton, keduanya sama dan berlawanan F ₁ = - F ₂ , memenuhi bahwa:

Jika turunannya terhadap waktu besarannya nol, itu berarti besarannya tetap konstan. Oleh karena itu, dalam sistem yang terisolasi, dapat dinyatakan bahwa momentum sistem dikonservasi:

P ₁ + P ₂ = konstan

Meski begitu, P ₁ dan P ₂ bisa berbeda satu per satu. Momentum suatu sistem dapat didistribusikan kembali, tetapi yang penting adalah jumlahnya tetap tidak berubah.

Konsep unggulan dalam dinamika

Ada banyak konsep penting dalam dinamika, tetapi dua di antaranya menonjol: massa dan gaya. Pada kekuatan yang sudah dikomentari sebelumnya dan di bawah ini ada daftar dengan konsep paling menonjol yang muncul di sebelahnya dalam studi dinamika:

Kelembaman

Ini adalah properti yang dimiliki objek untuk menahan perubahan dalam keadaan istirahat atau gerakan mereka. Semua benda bermassa memiliki inersia dan sangat sering dialami, misalnya pada saat berkendara dengan mobil akselerasi, penumpang cenderung diam, yang dirasakan sebagai sensasi menempel pada sandaran jok.

Dan jika mobil berhenti tiba-tiba, penumpang cenderung berguling mengikuti gerakan maju yang mereka miliki sebelumnya, sehingga penting untuk selalu mengenakan sabuk pengaman.

Angka 4. Saat bepergian dengan mobil, kelembaman menyebabkan kita mengalami kecelakaan saat mobil mengerem tajam. Sumber: Pixabay.

Massa

Massa adalah ukuran inersia, karena semakin besar massa suatu benda, semakin sulit untuk digerakkan atau menyebabkannya mengubah gerakannya. Massa adalah besaran skalar, ini berarti bahwa untuk menentukan massa benda perlu diberikan nilai numerik ditambah satuan yang dipilih, yaitu kilo, pon, gram, dan lainnya.

Bobot

Berat adalah gaya yang digunakan Bumi untuk menarik benda yang dekat ke permukaannya menuju pusatnya.

Karena ini adalah gaya, maka bobotnya memiliki karakter vektor, oleh karena itu ia ditentukan dengan lengkap ketika besaran atau nilai numeriknya, arah dan pengertiannya ditunjukkan, yang sudah kita ketahui adalah vertikal ke bawah.

Jadi, meskipun terkait, berat dan massa tidak sama, bahkan tidak setara, karena yang pertama adalah vektor dan yang kedua adalah skalar.

Sistem referensi

Deskripsi gerakan dapat bervariasi tergantung pada referensi yang dipilih. Mereka yang naik lift diam menurut kerangka acuan yang ditetapkan padanya, tetapi dilihat oleh pengamat di darat, penumpang sedang bergerak.

Jika suatu benda mengalami gerakan pada satu kerangka acuan tetapi diam di kerangka acuan lain, hukum Newton tidak dapat berlaku untuk keduanya. Nyatanya, hukum Newton dapat diterapkan pada kerangka acuan tertentu: kerangka acuan inersia.

Dalam kerangka acuan inersia, benda tidak berakselerasi kecuali jika diganggu dengan cara tertentu - dengan menerapkan gaya.

Kekuatan fiktif

Gaya fiktif atau gaya semu muncul saat pergerakan benda dalam kerangka acuan yang dipercepat dianalisis. Kekuatan fiktif dibedakan karena tidak mungkin mengidentifikasi agen yang bertanggung jawab atas kemunculannya.

Gaya sentrifugal adalah contoh gaya fiktif yang baik. Namun, fakta bahwa itu tidak membuatnya kurang nyata bagi mereka yang mengalaminya ketika mereka membalikkan mobil mereka dan merasa bahwa tangan yang tidak terlihat mendorong mereka keluar dari tikungan.

Percepatan

Vektor penting ini telah disebutkan sebelumnya. Suatu benda mengalami percepatan selama ada gaya yang mengubah kecepatannya.

Kerja dan energi

Ketika suatu gaya bekerja pada suatu benda dan posisinya berubah, gaya tersebut telah bekerja. Dan pekerjaan ini bisa disimpan dalam bentuk energi. Oleh karena itu, pekerjaan dilakukan pada objek, berkat itu ia memperoleh energi.

Contoh berikut menjelaskan maksudnya: Misalkan seseorang mengangkat pot dengan ketinggian tertentu di atas permukaan tanah.

Untuk itu, ia harus menerapkan gaya dan mengatasi gravitasi, oleh karena itu ia bekerja pada pot dan pekerjaan ini disimpan dalam bentuk energi potensial gravitasi dalam pot, sebanding dengan massa dan ketinggian yang dicapai di atas lantai. :

Di mana m adalah massa, g adalah gravitasi, dan h adalah tinggi. Apa yang bisa dilakukan pot setelah berada di ketinggian h? Nah, bisa saja jatuh dan saat jatuh maka energi potensial gravitasi yang dimilikinya berkurang, sedangkan energi kinetik atau gerakannya bertambah.

Agar suatu gaya dapat bekerja, gaya tersebut harus menghasilkan perpindahan yang harus sejajar dengan gaya. Jika ini tidak terjadi, gaya masih bekerja pada objek, tetapi tidak bekerja padanya.

topik-topik terkait

Hukum pertama Newton.

Hukum kedua Newton.

Hukum ketiga Newton.

Hukum kekekalan materi.

Referensi

1. Bauer, W. 2011. Fisika untuk Teknik dan Sains. Jilid 1. Mc Graw Hill.
2. Figueroa, D. 2005. Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 2. Dinamika. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. 6 .. Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Ilmu Fisika Konseptual. 5. Ed. Pearson.
5. Kirkpatrick, L. 2007. Fisika: Pandangan di Dunia. Edisi ringkasan ke-6. Pembelajaran Cengage.
6. Knight, R. 2017. Fisika untuk Ilmuwan dan Teknik: Pendekatan Strategi. Pearson.
7. Wikipedia. Dinamis. Diperoleh dari: es.wikipedia.org.