Kamu
tentu telah mengetahui bahwa salah satu ciri makhluk hidup adalah bernapas.
Tahukah kamu apakah fungsi bernapas? Fungsi bernapas adalah memasukkan oksigen
dari udara yang akan digunakan untuk mengoksidasi makanan serta mengeluarkan
sisa hasil oksidasi, yaitu karbon dioksida. Proses bernapas disebut juga proses
respirasi. Proses bernapas akan berlangsung jika ditunjang oleh alatalat
pernapasan. Untuk itu, kali ini akan dibahas mengenai pernapasan, organ-organ
pernapasan, serta beberapa gangguan yang berhubungan dengan sistem pernapasan.
Kamis, 24 November 2011
Rabu, 23 November 2011
Hukum Gerak Newton
Hukum Newton pertama dan kedua, dalam
bahasa Latin, dari edisi asli journal Principia Mathematica
tahun 1687.
Hukum gerak Newton adalah tiga hukum
fisika yang menjadi dasar mekanika
klasik. Hukum ini menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada
suatu benda dan gerak
yang disebabkannya. Hukum ini telah dituliskan dengan pembahasaan yang
berbeda-beda selama hampir 3 abad, dan dapat dirangkum sebagai berikut:
- Hukum Pertama: setiap benda akan memiliki kecepatan yang konstan kecuali ada gaya yang resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut. Berarti jika resultan gaya nol, maka pusat massa dari suatu benda tetap diam, atau bergerak dengan kecepatan konstan (tidak mengalami percepatan).
- Hukum Kedua: sebuah benda dengan massa M mengalami gaya resultan sebesar F akan mengalami percepatan a yang arahnya sama dengan arah gaya, dan besarnya berbanding lurus terhadap F dan berbanding terbalik terhadap M. atau F=Ma. Bisa juga diartikan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan turunan dari momentum linear benda tersebut terhadap waktu.
- Hukum Ketiga: gaya aksi dan reaksi dari dua benda memiliki besar yang sama, dengan arah terbalik, dan segaris. Artinya jika ada benda A yang memberi gaya sebesar F pada benda B, maka benda B akan memberi gaya sebesar –F kepada benda A. F dan –F memiliki besar yang sama namun arahnya berbeda. Hukum ini juga terkenal sebagai hukum aksi-reaksi, dengan F disebut sebagai aksi dan –F adalah reaksinya.
Ketiga
hukum gerak ini pertama dirangkum oleh Isaac
Newton dalam karyanya Philosophiæ Naturalis
Principia Mathematica, pertama kali diterbitkan pada 5 Juli 1687.
Newton
menggunakan karyanya untuk menjelaskan dan meniliti gerak dari bermacam-macam
benda fisik maupun sistem. Contohnya dalam jilid tiga dari naskah tersebut, Newton menunjukkan bahwa
dengan menggabungkan antara hukum gerak dengan hukum gravitasi umum,
ia dapat menjelaskan hukum pergerakan planet milik Kepler.
Hukum
Newton diterapkan pada benda yang dianggap sebagai partikel,
dalam evaluasi pergerakan misalnya, panjang benda tidak dihiraukan, karena
obyek yang dihitung dapat dianggap kecil, relatif terhadap jarak yang ditempuh.
Perubahan bentuk (deformasi) dan rotasi dari suatu
obyek juga tidak diperhitungkan dalam analisisnya. Maka sebuah planet dapat
dianggap sebagai suatu titik atau partikel untuk dianalisa gerakan orbitnya
mengelilingi sebuah bintang.
Dalam
bentuk aslinya, hukum gerak Newton
tidaklah cukup untuk menghitung gerakan dari obyek yang bisa berubah bentuk
(benda tidak padat). Leonard Euler pada tahun
1750 memperkenalkan generalisasi hukum gerak Newton untuk benda padat yang disebut hukum gerak Euler, yang
dalam perkembangannya juga dapat digunakan untuk benda tidak padat. Jika setiap
benda dapat direpresentasikan sebagai sekumpulan partikel-partikel yang
berbeda, dan tiap-tiap partikel mengikuti hukum gerak Newton,
maka hukum-hukum Euler dapat diturunkan dari hukum-hukum Newton. Hukum Euler dapat dianggap sebagai aksioma dalam
menjelaskan gerakan dari benda yang memiliki dimensi.
Ketika
kecepatan mendekati kecepatan cahaya, efek dari relativitas khusus harus diperhitungkan.
A. Hukum pertama Newton
Walter Lewin menjelaskan
hukum pertama Newton.
Hukum I: Setiap benda akan mempertahankan keadaan diam
atau bergerak lurus beraturan, kecuali ada gaya yang bekerja untuk mengubahnya.
Hukum
ini menyatakan bahwa jika resultan gaya (jumlah vektor dari semua
gaya yang bekerja pada benda) bernilai nol, maka kecepatan
benda tersebut konstan. Dirumuskan secara matematis menjadi:
Artinya :
- Sebuah benda yang sedang diam akan tetap diam kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.
- Sebuah benda yang sedang bergerak, tidak akan berubah kecepatannya kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.
Hukum
pertama newton adalah penjelasan kembali dari hukum inersia yang sudah pernah
dideskripsikan oleh Galileo. Dalam bukunya Newton
memberikan penghargaan pada Galileo untuk hukum ini. Aristoteles
berpendapat bahwa setiap benda memilik tempat asal di alam semesta: benda berat
seperti batu akan berada di atas tanah dan benda ringan seperti asap berada di
langit. Bintang-bintang akan tetap berada di surga. Ia mengira bahwa sebuah
benda sedang berada pada kondisi alamiahnya jika tidak bergerak, dan untuk satu
benda bergerak pada garis lurus dengan kecepatan konstan diperlukan sesuatu
dari luar benda tersebut yang terus mendorongnya, kalau tidak benda tersebut
akan berhenti bergerak. Tetapi Galileo menyadari bahwa gaya
diperlukan untuk mengubah kecepatan benda tersebut (percepatan),
tapi untuk mempertahankan kecepatan tidak diperlukan gaya. Sama dengan hukum pertama Newton : Tanpa gaya
berarti tidak ada percepatan, maka benda berada pada kecepatan konstan.
B. Hukum kedua Newton
Walter Lewin menjelaskan
hukum dua Newton
dengan menggunakan gravitasi sebagai contohnya.
Hukum
kedua menyatakan bahwa total gaya
pada sebuah partikel sama dengan banyaknya perubahan momentum linier
p terhadap waktu :
Karena
hukumnya hanya berlaku untuk sistem dengan massa konstan,
variabel massa (sebuah konstan) dapat dikeluarkan dari operator diferensial
dengan menggunakan aturan diferensiasi.
Maka,
Dengan
F adalah total gaya yang bekerja, m
adalah massa
benda, dan a adalah percepatan benda. Maka total gaya yang bekerja pada suatu benda
menghasilkan percepatan yang berbanding lurus.
Massa yang bertambah atau berkurang dari
suatu sistem akan mengakibatkan perubahan dalam momentum. Perubahan momentum
ini bukanlah akibat dari gaya.
Untuk menghitung sistem dengan massa
yang bisa berubah-ubah, diperlukan persamaan yang berbeda.
Sesuai
dengan hukum pertama, turunan momentum terhadap waktu
tidak nol ketika terjadi perubahan arah, walaupun tidak terjadi perubahan
besaran. Contohnya adalah gerak melingkar
beraturan. Hubungan ini juga secara tidak langsung menyatakan kekekalan momentum:
Ketika resultan gaya
yang bekerja pada benda nol, momentum benda tersebut konstan. Setiap perubahan gaya berbanding lurus
dengan perubahan momentum tiap satuan waktu.
Hukum
kedua ini perlu perubahan jika relativitas khusus diperhitungkan, karena dalam
kecepatan sangat tinggi hasil kali massa
dengan kecepatan tidak mendekati momentum sebenarnya.
Impuls
Impuls J muncul
ketika sebuah gaya
F bekerja pada suatu interval waktu Δt, dan dirumuskan sebagai
Impuls
adalah suatu konsep yang digunakan untuk menganalisis tumbukan.
Sistem dengan massa berubah
Sistem
dengan massa berubah, seperti roket yang bahan
bakarnya digunakan dan mengeluarkan gas sisa, tidak termasduk dalam sistem tertutup dan tidak
dapat dihitung dengan hanya mengubah massa
menjadi sebuah fungsi dari waktu di hukum kedua.
Alasannya, seperti yang tertulis dalam An Introduction to Mechanics
karya Kleppner dan Kolenkow, adalah bahwa hukum kedua Newton berlaku terhadap partikel-partikel
secara mendasar.
Pada mekanika klasik, partikel memiliki massa
yang konstant. Dalam kasus partikel-partikel dalam suatu sistem yang
terdefinisikan dengan jelas, hukum Newton
dapat digunakan dengan menjumlahkan semua partikel dalam sistem:
dengan
Ftotal adalah total gaya yang
bekerja pada sistem, M adalah total massa
dari sistem, dan apm adalah percepatan dari pusat massa
sistem.
Sistem
dengan massa yang berubah-ubah seperti roket
atau ember yang berlubang biasanya tidak dapat dihitung seperti sistem
partikel, maka hukum kedua Newton
tidak dapat digunakan langsung. Persamaan baru digunakan untuk menyelesaikan
soal seperti itu dengan cara menata ulang hukum kedua dan menghitung momentum
yang dibawa oleh massa
yang masuk atau keluar dari sistem:
dengan
u adalah kecepatan dari massa yang masuk
atau keluar relatif terhadap pusat massa
dari obyek utama. Dalam beberapa konvensi, besar (u dm/dt)
di sebelah kiri persamaan, yang juga disebut dorongan, didefinisikan sebagai gaya (gaya yang dikeluarkan
oleh suatu benda sesuai dengan berubahnya massa,
seperti dorongan roket) dan dimasukan dalam besarnya F. Maka dengan
mengubah definisi percepatan, persamaan tadi menjadi
Sejarah
Hukum
kedua Newton
dalam bahasa aslinya (latin) berbunyi:
Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici
impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.
Yang
dalam Bahasa Indonesia berarti:
Hukum Kedua: Perubahan dari gerak selalu berbanding lurus
terhadap gaya yang dihasilkan / bekerja, dan
memiliki arah yang sama dengan garis normal dari titik singgung gaya dan benda.
C. Hukum ketiga Newton
Hukum Ketiga Newton. Para pemain
sepatu luncur es memberikan gaya
pada satu sama-lain dengan besar yang sama tapi berlawanan arah.
Penjelasan hukum ketiga Newton.
“
|
Hukum
ketiga : Untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama besar dan
berlawanan arah: atau gaya
dari dua benda pada satu sama lain selalu sama besar dan berlawanan arah.
|
”
|
Benda
apapun yang menekan atau menarik benda lain mengalami tekanan atau tarikan yang
sama dari benda yang ditekan atau ditarik. Kalau anda menekan sebuah batu
dengan jari anda, jari anda juga ditekan oleh batu. Jika seekor kuda menarik
sebuah batu dengan menggunakan tali, maka kuda tersebut juga
"tertarik" ke arah batu: untuk tali yang digunakan, juga akan menarik
sang kuda ke arah batu sebesar ia menarik sang batu ke arah kuda.
Hukum
ketiga ini menjelaskan bahwa semua gaya adalah interaksi
antara benda-benda yang berbeda,
maka tidak ada gaya
yang bekerja hanya pada satu benda. Jika benda A mengerjakan gaya pada benda B, benda B secara bersamaan
akan mengerjakan gaya dengan besar yang sama
pada benda A dan kedua gaya
segaris. Seperti yang ditunjukan di diagram, para peluncur es (Ice skater)
memberikan gaya
satu sama lain dengan besar yang sama, tapi arah yang berlawanan. Walaupun gaya yang diberikan sama,
percepatan yang terjadi tidak sama. Peluncur yang massanya lebih kecil akan
mendapat percepatan yang lebih besar karena hukum kedua Newton. Dua gaya
yang bekerja pada hukum ketiga ini adalah gaya
yang bertipe sama. Misalnya antara roda dengan jalan sama-sama memberikan gaya gesek.
Secara
sederhananya, sebuah gaya
selalu bekerja pada sepasang benda, dan tidak pernah hanya pada sebuah benda.
Jadi untuk setiap gaya
selalu memiliki dua ujung. Setiap ujung gaya
ini sama kecuali arahnya yang berlawanan. Atau sebuah ujung gaya adalah cerminan dari ujung lainnya.
Secara
matematis, hukum ketiga ini berupa persamaan vektor satu dimensi, yang bisa
dituliskan sebagai berikut. Asumsikan benda A dan benda B memberikan gaya terhadap satu sama
lain.
Dengan
Fa,b adalah gaya-gaya yang bekerja pada A
oleh B, dan
Fb,a adalah gaya-gaya yang bekerja pada B
oleh A.
Newton
menggunakan hukum ketiga untuk menurunkan hukum kekekalan momentum,
namun dengan pengamatan yang lebih dalam, kekekalan momentum adalah ide yang
lebih mendasar (diturunkan melalui teorema Noether dari relativitas Galileo
dibandingkan hukum ketiga, dan tetap berlaku pada kasus yang membuat hukum
ketiga newton seakan-akan tidak berlaku. Misalnya ketika medan gaya memiliki
momentum, dan dalam mekanika kuantum.
Label:
SMA
Langganan:
Postingan (Atom)