Materi berikut di sajikan kedalam beberapa aspek pengertahuan yang meliputi 4 aspek yang merupakan tuntutan High of Order Thinking Skills (HOTS)

HUKUM NEWTON

Gaya adalah suatu dorongan atau tarikan yang bekerja pada sebuah objek sebagai hasil dari interaksinya dengan objek lain. Ada berbagai jenis gaya. Sebelumnya dalam pelajaran ini, berbagai jenis gaya secara umum dikelompokkan ke dalam dua kategori yang luas yaitu gaya sentuh dan gaya tak sentuh.

Table 1. Jenis-jenis gaya

Gaya SentuhGaya Tak Sentuh

Gaya GesekGaya Gravitasi

Gaya TekanGaya Listrik

Gaya Normal Gaya Magnet

Gaya Gesekan Udara

Gaya Terapan

Gaya pegas

HUKUM I NEWTONHukum pertama Newton tentang gerak telah sering dinyatakan diberbagai materi pelajaran yaitu;

"Sebuah objek pada saat diam tetap diam dan benda bergerak tetap bergerak dengan kecepatan yang sama dan dalam arah yang sama kecuali dipengaruhi oleh ketidakseimbangan".Tapi apa sebenarnya yang dimaksud dengan pernyataan gaya tidak seimbang? Apa gaya tidak seimbang itu? Untuk memperoleh jawaban tersebut, pertama-tama kita akan meletakkan sebuah buku fisika dalam keadaan diam di atas meja. Ada dua gaya yang bekerja pada buku tersebut. Salah satu gaya - tarikan gravitasi Bumi - memberikan gaya ke bawah. Gaya lain - menekan meja di buku (kadang-kadang disebut sebagai gaya normal) - mendorong ke atas pada buku.

Karena kedua gaya ini besarnya sama dan dalam arah yang berlawanan, keduanya seimbang satu sama lain. Buku ini dikatakan dalam kesetimbangan. Tidak ada gaya tidak seimbang yang bekerja pada buku tersebut dan dengan demikian buku ini mempertahankan gerakannya. Ketika semua gaya yang bekerja pada benda seimbang satu sama lain, objek akan berada di ekuilibrium; itu tidak akan dipercepat.Secara matematis Hukum I Newton dapat dirumuskan sebagai berikut

Hukum pertama Newton tentang gerak menyatakan bahwa "Sebuah objek pada saat diam tetap diam dan objek yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan yang sama dan dalam arah yang sama kecuali dipengaruhi oleh gaya tidak seimbang." Benda cenderung untuk "terus mempertahankan geraknya." Pada kenyataannya, itu adalah kecenderungan alami dari benda untuk menolak perubahan di bidang geraknya. Kecenderungan untuk menolak perubahan di bidang geraknya digambarkan sebagai inersia.Inersia: hambatan sebuah objek memiliki perubahan dalam keadaan gerakPemahaman tentang inersia Newton berlawanan dengan pemahaman populer tentang gerak. Pemiikiran umum sebelum lahirnya Hukum Newton adalah bahwa hal tersebut adalah kecenderungan alami benda untuk berada dalam keadaan diam. Obyek yang bergerak, sehingga diyakini, akhirnya akan berhenti bergerak, gaya itu diperlukan untuk menjaga objek bergerak. Tapi jika dibiarkan sendiri, objek yang bergerak akhirnya akan datang untuk beristirahat dan sebuah benda pada saat istirahat akan tinggal diam, dengan demikian, gagasan yang mendominasi pemikiran orang selama hampir 2000 tahun sebelum Newton adalah bahwa itu adalah kecenderungan alami dari semua objek untuk mengasumsikan posisi istirahat.HUKUM II NEWTONHukum pertama Newton tentang gerak memprediksi perilaku objek untuk semua gaya yang seimbang. Hukum pertama - kadang-kadang disebut sebagai hukum inersia - menyatakan bahwa jika gaya yang bekerja pada sebuah objek yang seimbang, maka percepatan benda 0 m / s2. Objek pada kesetimbangan (kondisi di mana semua gaya seimbang) tidak akan mempercepat. Menurut Newton, sebuah benda hanya akan mempercepat jika ada gaya total atau ketidakseimbangan yang mempengaruhinya. Adanya gaya yang tidak seimbang akan mempercepat obyek - mengubah kecepatan, arah, atau mengubah kecepatan dan arah.Hukum kedua Newton berkaitan dengan perilaku gerak benda-benda dimana semua gaya yang ada tidak seimbang. Hukum kedua menyatakan bahwa percepatan sebuah benda tergantung pada dua variabel - gaya total yang bekerja pada objek dan massa objek. Percepatan suatu benda tergantung secara langsung pada gaya total yang bekerja pada obyek, dan terbalik pada massa benda. Sebagai gaya yang bekerja pada suatu objek meningkat, percepatan benda meningkat. Sebagai massa sebuah objek meningkat, percepatan benda menurun.

Hukum kedua Newton tentang ge rak bisa dinyatakan sebagai berikut:"Percepatan sebuah benda seperti yang dihasilkan oleh gaya adalah berbanding lurus dalam arah yang sama dengan gaya total, dan berbanding terbalik dengan massa benda"Pernyataan tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan sebagai berikut:

Persamaan di atas sering diatur ulang ke bentuk yang lebih gampang diingat oleh peserta didik seperti ditunjukkan di bawah ini. Gaya total adalah disamakan dengan hasil kali antara massa dengan percepatan.

Dalam seluruh diskusi ini, lebih ditekankan pada gaya total. Percepatan adalah berbanding lurus dengan gaya total; gaya total sama dengan percepatan kali massa; percepatan dalam arah yang sama dengan gaya total; percepatan yang dihasilkan oleh gaya total. Hal mengenai perbedaan ini penting untuk diingat. Jangan gunakan nilai hanya pemahaman dalam persamaan di atas. Ini adalah gaya total yang berhubungan dengan percepatan. Sebagaimana dibahas dalam pelajaran sebelumnya, gaya total adalah jumlah vektor dari semua gaya.Konsisten dengan persamaan di atas, satuan gaya adalah sama dengan unit kali massa percepatan. Dengan mengganti satuan metrik standar untuk gaya, massa, dan percepatan ke dalam persamaan di atas, persamaan unit berikut dapat ditulis dengan persamaan berikut.

Definisi dari unit metrik standar gaya yang dinyatakan oleh persamaan di atas. Satu Newton didefinisikan sebagai jumlah gaya yang dibutuhkan untuk memberikan massa 1 kg dengan percepatan 1 m/s2.HUKUM III NEWTON

Hukum 3 Newton mungkin secara formal menyatakan:"Gaya selalu terjadi berpasangan. Jika objek A memberikan sebuah gaya F pada objek B maka objek B mengerahkan sebuah gaya yang sama dan berlawanan -F pada objek A "

atau dalam gaya biasanya dinyatakan sebagai berikut:"Setiap tindakan memiliki reaksi yang sama dan berlawanan"Perhatikan ketentuan yang penting: dua benda harus terlibat! Ada seluruh rangkaian situasi di mana dua gaya yang sama dan berlawanan bertindak pada objek yang sama, membatalkan satu sama lain sehingga tidak ada percepatan (atau bahkan tidak ada gerak) terjadi. Ini bukan contoh dari hukum ketiga, tetapi keseimbangan antara gaya. Beberapa contoh:Sebuah benda berat berdiri di lantai, ditarik ke bawah oleh Bumi dengan gaya m.g (gambar). Namun, tidak bergerak ke arah itu, karena lantai berhenti itu. Jelas, lantai di atasnya adalah mengerahkan sebuah gaya yang sama dan berlawanan mg (kecepatan v = 0, percepatan a = 0).Lift ditarik dari lantai dasar ke lantai 5. Ini indra dua gaya: bawah, berat dan bahwa orang-orang di dalamnya, dan atas tarikan kabel yang dipegang. Antara lantai, selama lift tidak mempercepat, gaya total harus nol, maka dua gaya harus sama dan berlawanan (v> 0, a = 0).Sebaliknya, hukum 3 Newton selalu melibatkan lebih dari satu objek. Ketika pistol dipecat, gaya gas yang dihasilkan oleh pembakaran mesiu melemparkan peluru keluar. Menurut hukum Newton, senjata itu sendiri mundur ke belakang. Nozel dari pemadam kebakaran yang besar telah menangani pemadam kebakaran harus memahami tegas, karena sebagai tunas jet air keluar dari corong, selang itu sendiri secara paksa mendorong kembali. Penyiram taman Memutar bekerja dengan prinsip yang sama. Dalam cara yang sama, gerakan maju roket datang dari reaksi dari jet cepat menembak gas panas keluar dari belakang.Mereka yang akrab dengan perahu kecil tahu bahwa sebelum melompat dari perahu ke dermaga, adalah baiknya untuk mengikat perahu ke dermaga pertama, dan untuk meraih pegangan di dermaga sebelum melompat. Jika tidak, bahkan ketika Anda melompat, perahu "ajaib" bergerak menjauh dari dermaga, mungkin membuat Anda melewatkan lompatan atau mendorong perahu keluar dari jangkauan. Itu semua dalam hukum ketiga Newton: Dimana kaki Anda mendorong tubuh Anda ke arah dermaga, mereka juga berlaku untuk perahu dimana gaya sama dalam arah yang berlawanan, yang mendorong menjauh dari dermaga. Untuk lebih memahami persamaan hukum aksi reaksi, lakukan percobaan berikut!HUKUM III NEWTON

A. Tujuan: Mengetahui besarnya gaya aksi dan reaksi dengan menggunakan neraca pegas.

B. Alat dan Bahan

1. Neraca pegas 2 buah

2. Statif dan klem 1 set

C. Langkah Kerja

1. Pasang statif dan klem pada meja kemudian gantungkan kedua pegas secara seri seperti tampak pada gambar!

2. Tarik neraca pegas kedua dan perhatikan besar skala yang ditunjukkan oleh kedua neraca!

3. Ulangi langkah 12 sebanyak 4 kali dengan besar gaya yang berbeda-beda!Catat besar gaya yang terbaca pada neraca pegas ke dalam tabel berikut!

TarikanGaya (N)

Neraca INeraca II

1

2

3

4

5

4. Diskusikan kegiatan di atas dengan kelompokmu kemudian buat kesimpulannya! Sampaikan hasil diskusimu di depan kelas! Beri kesempatan pada kelompok lain untuk menanggapi hasil diskusimu!

5. Kembalikan semua alat dan bahan ke tempat semula!GAYA GESEK

Gelindingkan sebuah bola di atas lantai yang licin, apa yang terjadi? Ternyata bola meluncur terus sepanjang lantai. Sekarang gelindingkan bola tersebut di atas tanah! Apakah yang terjadi? Ternyata gerakan bola akan semakin lambat dan akhirnya berhenti. Mengapa demikian? Hal ini terjadi karena adanya gaya gesek antara bola dengan tanah. Gaya gesekan adalah gaya yang diberikan oleh permukaan sebagai objek bergerak di atasnya atau membuat upaya untuk bergerak di atasnya. Setidaknya ada dua jenis gaya gesekan - gesekan geser dan statis. Pemikiran itu tidak selalu terjadi, gaya gesekan seringkali menentang gerakan suatu benda. Sebagai contoh, jika sebuah buku slide di seluruh permukaan meja, maka meja memberikan gaya gesekan pada arah yang berlawanan dari gerakannya. Gesekan hasil dari dua permukaan ditekan bersama-sama erat, menyebabkan gaya tarik menarik antarmolekul antara molekul permukaan yang berbeda. Dengan demikian, gesekan tergantung pada sifat dari dua permukaan dan pada sejauh mana mereka ditekan bersama-sama. Gaya gesek dapat terjadi pada zat padat, cair, bahkan gas. Benda-benda yang bergesekan selalu menimbulkan panas. Gaya gesek ada 2 macam, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Gaya gesek statis terjadi pada benda diam atau akan bergerak. Sedangkan gaya gesek kinetis terjadi pada benda yang bergerak. Untuk lebih memahami gaya gesek, lakukanlah kegiatan berikut ini!GAYA GESEK

A. Tujuan

Mengetahui besar gaya gesek pada benda yang memiliki kekasaran yang berbeda.

B. Alat dan Bahan

1. Kubus kayu 1 buah

2. Kubus kayu yang dilapisi karpet 1 buah

3. Kubus kayu yang dilapisi ampelas 1 buah

4. Neraca pegas 1 buah

C. Langkah Kerja

1. Letakkan kubus kayu di atas meja dan kaitkan dengan neraca pegas!

2. Tariklah neraca pegas sedikit demi sedikit sampai kayu tepat akan bergerak! Catat besar gaya yang ditunjukkan oleh neraca pegas!

3. Ulangi langkah 12 dengan menggunakan kubus lainnya! Catat hasilnya ke dalam tabel berikut!

NoBendaGaya Gesek (N)

1Kubus kayu

2Kubus kayu yang dilapisi karet

3Kubus kayu yang dilapisi ampelas

4. Bandingkan hasil dari ketiga percobaan di atas!

5. Buatlah kesimpulan dari kegiatan di atas! Sampaikan kesimpulanmu di depan kelas untuk didiskusikan bersama kelompok lain dan gurumu!

6. Jangan lupa mengembalikan semua peralatan ke tempat semula!

Jenis-jenis gaya gesek

Terdapat dua jenis gaya gesek antara dua buah benda yang padat saling bergerak lurus, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis, yang dibedakan antara titik-titik sentuh antara kedua permukaan yang tetap atau saling berganti (menggeser). Untuk benda yang dapat menggelinding, terdapat pula jenis gaya gesek lain yang disebut gaya gesek menggelinding (rolling friction). Untuk benda yang berputar tegak lurus pada permukaan atau ber-spin, terdapat pula gaya gesek spin (spin friction). Gaya gesek antara benda padat dan fluida disebut sebagai gaya Coriolis-Stokes atau gaya viskos (viscous force).

Asal gaya gesekGaya gesek merupakan akumulasi interaksi mikro antar kedua permukaan yang saling bersentuhan. Gaya-gaya yang bekerja antara lain adalah gaya elektrostatik pada masing-masing permukaan. Dulu diyakini bahwa permukaan yang halus akan menyebabkan gaya gesek (atau tepatnya koefisien gaya gesek) menjadi lebih kecil nilainya dibandingkan dengan permukaan yang kasar, akan tetapi dewasa ini tidak lagi demikian. Konstruksi mikro (nano tepatnya) pada permukaan benda dapat menyebabkan gesekan menjadi minimum, bahkan cairan tidak lagi dapat membasahinya (efek lotus).Gaya gesek statis

Gaya gesek statis adalah gesekan antara dua benda padat yang tidak bergerak relatif satu sama lainnya. Seperti contoh, gesekan statis dapat mencegah benda meluncur ke bawah pada bidang miring. Koefisien gesek statis umumnya dinotasikan dengan s, dan pada umumnya lebih besar dari koefisien gesek kinetis.Gaya gesek statis dihasilkan dari sebuah gaya yang diaplikasikan tepat sebelum benda tersebut bergerak. Gaya gesekan maksimum antara dua permukaan sebelum gerakan terjadi adalah hasil dari koefisien gesek statis dikalikan dengan gaya normal f = s Fn.

di mana

adalah koefisien gesekan,

adalah gaya normal pada benda yang ditinjau gaya geseknya,

adalah gaya gesek

Ketika tidak ada gerakan yang terjadi, gaya gesek dapat memiliki nilai dari nol hingga gaya gesek maksimum. Setiap gaya yang lebih kecil dari gaya gesek maksimum yang berusaha untuk menggerakkan salah satu benda akan dilawan oleh gaya gesekan yang setara dengan besar gaya tersebut namun berlawanan arah. Setiap gaya yang lebih besar dari gaya gesek maksimum akan menyebabkan gerakan terjadi. Setelah gerakan terjadi, gaya gesekan statis tidak lagi dapat digunakan untuk menggambarkan kinetika benda, sehingga digunakan gaya gesek kinetis.

Gaya gesek kinetis

Gaya gesek kinetis (atau dinamis) terjadi ketika dua benda bergerak relatif satu sama lainnya dan saling bergesekan. Koefisien gesek kinetis umumnya dinotasikan dengan k dan pada umumnya selalu lebih kecil dari gaya gesek statis untuk material yang sama.

Kita sering memanfaatkan gaya gesek, dalam kehidupan sehari-hari. Ada gaya gesek yang menguntungkan dan ada yang merugikan.

Contoh gaya gesek yang menguntungkan antara lain:

1. Gaya gesek yang timbul ketika kita berjalan. Jika tidak ada gaya gesek maka kita tidak dapat berjalan dengan baik.

2. Ban mobil dibuat bergerigi untuk menghindari selip ketika melewati jalan yang licin.

Sedangkan contoh gaya gesek yang merugikan antara lain:

1. Gesekan antara bagian-bagian mesin yang menyebabkan aus. Gesekan ini dapat dikurangi dengan pemberian oli.2. Permukaan jalan raya yang kasar menyebabkan ban mobil cepat alus.Perbedaan Massa dan Berat Sebuah komentar lebih lanjut harus ditambahkan tentang gaya tunggal yang merupakan sumber kebingungan banyak siswa fisika - gaya gravitasi. Sebagaimana disebutkan di atas, gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda kadang-kadang disebut sebagai berat benda tersebut. Banyak siswa fisika bingung dalam memahami antara berat dengan massa. Massa sebuah objek yang mengacu pada jumlah materi yang terkandung oleh objek; sedangkan berat benda adalah gaya gravitasi yang bekerja pada objek tersebut. Massa ini terkait dengan berapa banyak benda yang ada dan berat terkait dengan tarik bumi (atau planet lain) pada hal itu. Massa suatu benda (diukur dalam kg) akan menjadi sama di mana pun di alam semesta bahwa objek berada. Massa tidak pernah diubah oleh lokasi, tarikan gravitasi, kecepatan atau bahkan adanya gaya lain. Sebagai contoh, sebuah objek 2 kg akan memiliki massa 2 kg apakah itu terletak di Bumi, bulan, atau Jupiter, massanya akan menjadi 2 kg apakah itu bergerak atau tidak (setidaknya untuk tujuan studi kami); dan massa 2 kg apakah itu didorong atas atau tidak.Di sisi lain, berat dari suatu benda (diukur dalam Newton) akan bervariasi sesuai dengan tempat di alam semesta objek. Berat tergantung pada planet yang mengerahkan gaya dan jarak objek dari planet ini. Berat, yang setara dengan gaya gravitasi, tergantung pada nilai g - gaya medan gravitasi. Di permukaan bumi g adalah 9,8 N / kg (sering diperkirakan sebagai 10 N / kg). Pada permukaan bulan, g adalah 1,7 N / kg. Pergi ke planet lain, dan akan ada nilai lain g. Selanjutnya, nilai g adalah berbanding terbalik dengan jarak dari pusat planet. Jadi jika kita mengukur g pada jarak 400 km di atas permukaan bumi, maka kita akan menemukan nilai g untuk kurang dari 9,8 N / kg. (Sifat dari gaya gravitasi akan dibahas secara lebih rinci dalam sebuah unit kemudian dari Kelas Fisika.) Selalu berhati-hati cara membedakan antara massa dan berat. Ini adalah sumber dari kebingungan bagi banyak siswa fisika. Guna lebih mengetahui perbedaan antara massa dan berat, lakukanlah kegiatan berikut!KEGIATAN III

A. Tujuan

Mengetahui perbedaan antara massa dengan berat suatu benda.

B. Alat dan Bahan

1. Timbangan 1 buah

2. Neraca pegas 1 buah

3. Bandul 3 buah

C. Langkah Kerja

1. Ukurlah massa bandul I dengan menggunakan timbangan! Catat hasilnya!

2. Ukurlah berat bandul I dengan menggunakan neraca pegas! Catat hasilnya!

3. Lakukan langkah 12 untuk bandul II dan bandul III!

4. Bawalah semua alat dan bahan ke tempat yang lebih tinggi dari tempat semula misalnya di lantai II gedung sekolahmu!

5. Lakukan langkah 13 di tempat tersebut!

6. Catat hasil pengukuranmu pada tabel berikut!

NoBebanMassa (Kg)Berat (N)

Tempat ITempat IITempat ITempat II

1Bandul I

2Bandul II

3Bandul III

7. Bandingkan hasil pengukuran di kedua tempat!

8. Buat kesimpulan dari hasil kegiatan di atas! Sampaikan kesimpulanmu di depan kelas!

9. Beri kesempatan pada kelompok lain untuk menanggapi!

10. Kembalikan semua alat dan bahan yang telah selesai kamu gunakan ke tempat

semula!

Dengan demikian, berat suatu benda berubah tergantung letaknya dari pusat bumi. Setiap benda yang ada di bumi memiliki berat. Berat benda secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut.

Dimana:

KONSPETUAL

FAKTUAL

PROSEDURAL

METAKOGNISI

11