Tiga kondisi gerak benda pada bidang miring dibahas, yaitu bergerak karena komponen gaya berat, gaya tarik dan komponen gaya tarik. Hukum Newton diterapkan untuk menentukan percepatan dan komponen gaya. Permukaan kasar menimbulkan gaya gesekan yang mempengaruhi percepatan. Hukum kekekalan energi mekanik dijelaskan untuk bidang miring, bidang lengkung dan gerak satelit di mana energi potensial dan kinet

1. HUKUM NEWTON PADA BIDANG MIRING
A. Permukaan bidang miring sangat licin (gesekan nol)
Terdapat tiga kondisi yang berbeda, sebagaimana ditunjukkan pada gambar di
bawah. Pada gambar a, benda meluncur pada bidang miring yang licin (gaya gesekan =
0) tanpa ada gaya tarik. Jadi benda bergerak akibat adanya komponen gaya berat yang
sejajar bidang miring (w sin teta). Pada gambar b, benda meluncur pada bidang miring
yang licin (gaya gesekan = 0) akibat adanya gaya tarik (F) dan komponen gaya berat yang
sejajar bidang miring (w sin teta). Pada gambar c, benda bergerak akibat adanya
komponen gaya tarik yang sejajar permukaan bidang miring (F cos teta) dan komponen
gaya berat yang sejajar bidang miring (w sin teta). Sekarang mari kita tinjau satu
persatu…..
Benda bergerak akibat adanya komponen gaya berat yang sejajar permukaan bidang
miring….
Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :
By: Muhammad Sukma Rohim

2. Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y (vertikal) adalah :
Pada gambar ini (gambar b), benda bergerak akibat adanya gaya tarik F dan komponen
gaya berat (w sin teta) yang sejajar permukaan bidang miring.
Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :
By: Muhammad Sukma Rohim

3. Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y adalah :
Pada gambar ini (gambar c), benda bergerak akibat adanya komponen gaya tarik F yang
sejajar permukaan bidang miring (F cos teta) dan komponen gaya berat yang sejajar
permukaan bidang miring ((w sin teta).
Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :
By: Muhammad Sukma Rohim

4. Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y adalah :
B. Permukaan bidang miring kasar (ada gaya gesekan)
Pertama, benda bergerak pada bidang miring akibat adanya komponen gaya berat
yang sejajar permukaan bidang miring, sebagaimana tampak pada gambar di bawah.
Karena permukaan bidang miring kasar, maka terdapat gaya gesekan yang arahnya
berlawanan dengan arah gerakan benda….
By: Muhammad Sukma Rohim

5. Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :
Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y adalah :
By: Muhammad Sukma Rohim

6. Kedua, benda bergerak pada bidang miring akibat adanya gaya tarik (F) dan
komponen gaya berat yang sejajar permukaan bidang miring (w sin teta), sebagaimana
tampak pada gambar di bawah. Karena permukaan bidang miring kasar, maka terdapat
gaya gesekan (fg) yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan benda….
Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :
Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y adalah :
By: Muhammad Sukma Rohim

7. Ketiga, benda bergerak akibat adanya komponen gaya tarik yang sejajar permukaan
bidang miring (F cos teta) dan komponen gaya berat yang sejajar bidang miring (w sin
teta). Karena permukaan bidang miring kasar, maka terdapat gaya gesekan (fg) yang
arahnya berlawanan dengan arah gerakan benda….
….
Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :
By: Muhammad Sukma Rohim

8. Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y adalah :
Jangan dihafal ! dipahami wae, khususnya mengenai komponen gaya yang
bekerja pada benda… Kalo wekimu hafal, ngko cepat bingung kalo
gambarnya gurumuda balik… Kalo ga ngerti, silahkan bertanya melalui
kolom komentar di bawah….
By: Muhammad Sukma Rohim

9. HUKUM KEKALAN MEKANIK PADA BIDANG MIRING
Misalnya sebuah benda diletakan pada bidang miring sebagaimana tampak pada
gambar di atas. pada analisis ini kita menganggap permukaan bidang miring sangat licin
sehingga tidak ada gaya gesek yang menghambat gerakan benda. Kita juga mengabaikan
hambatan udara. Ini adalah model ideal.
Apabila benda kita letakan pada bagian paling atas bidang miring, ketika benda
belum dilepaskan, benda tersebut memiliki EP maksimum. Pada titik itu EK-nya = 0
karena benda masih diam. Total Energi Mekanik benda = Energi Potensial (EM = EP).
Perhatikan bahwa pada benda tersebut bekerja gaya berat yang besarnya adalah mg
cos teta. Ketika benda kita lepaskan, maka benda pasti meluncur ke bawah akibat tarikan
By: Muhammad Sukma Rohim

10. gaya berat. Ketika benda mulai bergerak meninggalkan posisi awalnya dan bergerak
menuju ke bawah, EP mulai berkurang dan EK mulai bertambah. EK bertambah karena
gerakan benda makin cepat akibat adanya percepatan gravitasi yang nilainya tetap yakni
g cos teta. Ketika benda tiba pada separuh lintasannya, jumlah EP telah berkurang
menjadi separuh, sedangkan EK bertambah setengahnya. Total Energi Mekanik = ½ EP +
½ EK.
Semakin ke bawah, jumlah EP makin berkurang sedangkan jumlah EK semakin
meningkat. Ketika tiba pada akhir lintasan (kedudukan akhir di mana h2 = 0), semua EP
berubah menjadi EK. Dengan kata lain, pada posisi akhir lintasan benda, EP = 0 dan EK
bernilai maksimum. Total Energi Mekanik = Energi Kinetik.
Hukum Kekekalan Energi Mekanik (HKEM) pada Bidang Lengkung
Ketika benda berada pada bagian A dan benda masih dalam keadaan diam, Energi
Potensial benda maksimum, karena benda berada pada ketinggian maksimum (hmaks).
Pada benda tersebut bekerja gaya berat yang menariknya ke bawah. Ketika dilepaskan,
benda akan meleuncur ke bawah. Ketika mulai bergerak ke bawah, h semakin kecil
By: Muhammad Sukma Rohim

11. sehingga EP benda makin berkurang. Semakin ke bawah, kecepatan benda semakin
makin besar sehingga EK bertambah. Ketika berada pada posisi B, kecepatan benda
mencapai nilai maksimum, sehingga EK benda bernilai maksimum. Sebaliknya, EP = 0
karena h = 0. Karena kecepatan benda maksimum pada posisi ini, benda masih terus
bergerak ke atas menuju titik C. Semakin ke atas, EK benda semakin berkurang
sedangkan EP benda semakin bertambah. Ketika berada pada titik C, EP benda kembali
seperti semula (EP bernilai maksimum) dan posisi benda berhenti bergerak sehingga EK
= 0. Jumlah Energi Mekanik tetap sama sepanjang lintasan…
Hukum Kekekalan Energi Mekanik (HKEM) pada Bidang Lingkaran
< ![endif]-->
Salah satu contoh aplikasi Hukum Kekekalan Energi Mekanik pada gerak melingkar
adalah gerakan Roller Coaster pada lintasan lingkaran vertikal sebagaimana tampak pada
gambar di atas. Kita menganggap bahwa Roler coaster bergerak hanya dengan bantuan
gaya gravitasi, sehingga agar bisa bergerak pada lintasan lingkaran vertikal, roler coaster
harus digiring sampai ketinggian h1. Kita mengunakan model ideal, di mana gaya
gesekan, baik gesekan udara maupun gesekan pada permukaan lintasan diabaikan. Pada
ketinggian titik A, Roller coaster memiliki EP maksimum sedangkan EK-nya nol, karena
roller coaster belum bergerak. Ketika tiba di titik B, Roller coaster memiliki laju
maksimum, sehingga pada posisi ini EK-nya bernilai maksimum. Karena pada titik B laju
By: Muhammad Sukma Rohim

12. Roller coaster maksimum maka ia terus bergerak ke titik C. Benda tidak berhenti pada
titik C tetapi sedang bergerak dengan laju tertentu, sehingga pada titik ini Roller coaster
masih memiliki sebagian EK. Sebagian Energi Kinetik telah berubah menjadi Energi
Potensial karena roller coaster berada pada ketinggian maksimum dari lintasan lingkaran.
Roller coaster terus bergerak kembali ke titik C. Pada titik C, semua Energi Kinetik
Roller coaster kembali bernilai maksimum, sedangkan EP-nya bernilai nol. Energi
Mekanik bernilai tetap sepanjang lintasan…. Karena kita menganggap bahwa tidak ada
gaya gesekan, maka Roller coaster akan terus bergerak lagi ke titik C dan seterusnya…
Hukum Kekekalan Energi Mekanik (HKEM) pada Gerak Satelit
Sebagaimana GuruMuda jelaskan sebelumnya, Energi Potensial tidak mempunyai
persamaan umum untuk semua jenis gerakan. Persamaan EK dapat digunakan untuk
semua jenis gerakan, sedangkan EP tidak. Pada pembahasan di atas, dirimu dapat melihat
perbedaan antara persamaan EP Gravitasi dan EP elastis. nah, Energi Potensial sebuah
benda yang berada pada jarak yang jauh dari permukaan bumi (tidak di dekat permukaan
bumi) juga memiliki persamaan yang berbeda. EP suatu benda yang berada pada jarak
yang jauh dari permukaan bumi dinyatakan dengan persamaan :
RE = jari-jari bumi dan r adalah jarak benda dari permukaan bumi. untuk gerakan satelit, r
adalah jari-jari orbit satelit. Ketika berada di dekat permukaan bumi, R dan r hampir sama
dengan dan Energi Potensial hampir sama dengan mgh. Ketika benda berada jauh dari
bumi, seperti satelit misalnya, maka EP-nya adalah mgh kali RE/r.
Kita tahu bahwa jari-jari orbit satelit selalu tetap jika diukur dari permukaan bumi.
Satelit memiliki EP karena ia berada pada pada jarak r dari permukaan bumi. EP bernilai
By: Muhammad Sukma Rohim

13. tetap selama satelit mengorbit bumi, karena jari-jari orbitnya tetap. Bagaimana dengan
EK satelit ? kita tahu bahwa satelit biasanya mengorbit bumi secara periodik. Jadi laju
tangensialnya selalu sama sepanjang lintasan. Dengan demikian, Energi Kinetik satelit
juga besarnya tetap sepanjang lintasan. Jadi selama mengorbit bumi, EP dan EK satelit
selalu tetap alias tidak berubah sepanjang lintasan. Energi total satelit yang mengorbit
bumi adalah jumlah energi potensial dan energi kinetiknya. Sepanjang orbitnya, besar
Energi Mekanik satelit selalu tetap.
By: Muhammad Sukma Rohim