Isi
- Hukum Newton
- Pasukan
- Kinematika Linier dan Rotasi
- Momentum dan Energi
- Momen inersia
- Gelombang dan Gerak Harmonis Sederhana
- Matematika dalam Mekanika Klasik
- Gerakan Satu Dimensi vs Gerakan dalam Dua Dimensi
Mekanika adalah cabang fisika yang berurusan dengan gerak benda. Memahami mekanika sangat penting bagi ilmuwan masa depan, insinyur, atau manusia yang ingin tahu yang ingin mengetahui, katakanlah, cara terbaik untuk memegang kunci pas ketika mengganti ban.
Topik umum dalam studi mekanika meliputi hukum Newton, gaya, kinematika linier dan rotasi, momentum, energi, dan gelombang.
Hukum Newton
Di antara kontribusi lain, Sir Isaac Newton mengembangkan tiga hukum gerak yang sangat penting untuk memahami mekanika.
Newton juga merumuskan hukum gravitasi universal, yang membantu menggambarkan daya tarik antara dua benda dan orbit benda di ruang angkasa.
Hukum Newton melakukan pekerjaan yang begitu baik dalam memprediksi gerakan benda-benda sehingga orang sering merujuk pada hukum-hukumnya dan prediksi-prediksi yang didasarkan padanya sebagai mekanika Newton atau mekanika klasik. Namun, perhitungan ini tidak tepat gambarkan dunia fisik dalam semua kondisi, termasuk ketika sebuah benda bergerak mendekati kecepatan cahaya atau bekerja dalam skala yang sangat kecil - relativitas khusus dan mekanika kuantum adalah bidang yang memungkinkan fisikawan mempelajari gerak di alam semesta melampaui apa yang bisa diselidiki oleh Newton.
Pasukan
Pasukan sebab gerakan. Suatu kekuatan pada dasarnya adalah dorongan atau tarikan.
Berbagai jenis kekuatan yang pasti akan dihadapi oleh seorang siswa sekolah menengah atau pengantar meliputi: gaya gravitasi, gesekan, ketegangan, elastis, terapan dan pegas. Fisikawan menggambar kekuatan-kekuatan ini yang bekerja pada benda-benda dalam diagram khusus yang disebut diagram benda bebas atau diagram kekuatan. Diagram seperti itu sangat penting dalam menemukan gaya total pada suatu objek, yang pada gilirannya menentukan apa yang terjadi pada gerakannya.
Hukum Newton memberi tahu kita bahwa gaya total akan menyebabkan objek mengubah kecepatannya, yang dapat berarti kecepatannya berubah atau arahnya berubah. Tanpa gaya total berarti objek tetap seperti itu: bergerak dengan kecepatan konstan atau diam.
SEBUAH kekuatan total adalah jumlah dari berbagai kekuatan yang bekerja pada suatu objek, seperti dua tim tarik tambang yang menarik tali pada arah yang berlawanan. Tim yang menarik lebih keras akan menang, menghasilkan lebih banyak kekuatan diarahkan pada jalan mereka; Itulah sebabnya talinya dan tim lainnya akhirnya melaju ke arah itu.
Kinematika Linier dan Rotasi
Kinematika adalah cabang fisika yang memungkinkan gerakan untuk dijelaskan hanya dengan menerapkan seperangkat persamaan. Kinematika tidak lihat kekuatan yang mendasari, penyebab gerakan, sama sekali. Inilah sebabnya mengapa kinematika juga dianggap sebagai cabang matematika.
Ada empat persamaan kinematika utama, yang kadang-kadang disebut persamaan gerak.
Kuantitas yang dapat diekspresikan dalam persamaan kinematik menggambarkan gerakan line__ar (Bergerak dalam garis lurus), tetapi masing-masing juga dapat diekspresikan untuk gerakan rotasi (Juga disebut gerakan melingkar) menggunakan nilai analog. Misalnya, bola yang menggelinding di sepanjang lantai secara linear akan memiliki a kecepatan linier v, serta sebuah kecepatan sudut ω, yang menggambarkan tingkat pemintalannya. Dan sedangkan a kekuatan total menyebabkan perubahan gerakan linear, a torsi bersih menyebabkan perubahan rotasi objek.
Momentum dan Energi
Dua topik lain yang termasuk dalam cabang mekanika fisika adalah momentum dan energi.
Kedua jumlah ini dilestarikan, yang berarti, dalam sistem tertutup, jumlah total momentum atau energi tidak dapat berubah. Kami menyebut jenis hukum ini sebagai hukum konservasi. Hukum konservasi umum lainnya, biasanya dipelajari dalam kimia, adalah konservasi massa.
Hukum kekekalan energi dan kekekalan momentum memungkinkan fisikawan untuk memprediksi kecepatan, perpindahan, dan aspek lain dari gerak berbagai objek yang berinteraksi satu sama lain, seperti skateboard yang bergulir menuruni lereng atau bola bilyar yang bertabrakan.
Momen inersia
Momen inersia adalah konsep kunci dalam memahami gerak rotasi untuk objek yang berbeda. Ini adalah kuantitas yang didasarkan pada massa, jari-jari, dan sumbu rotasi suatu benda yang menggambarkan betapa sulitnya mengubah kecepatan sudutnya - dengan kata lain, betapa sulitnya mempercepat atau memperlambat putarannya.
Sekali lagi, karena gerakan rotasi sejalan untuk gerak linier, momen inersia analog dengan konsep inersia linier, sebagaimana dinyatakan oleh hukum pertama Newton. Semakin banyak massa dan jari-jari yang lebih besar memberi objek inersia momen yang lebih tinggi, dan sebaliknya. Melempar bola meriam ekstra besar di lorong lebih sulit daripada menggulung bola voli!
Gelombang dan Gerak Harmonis Sederhana
Gelombang adalah topik khusus dalam fisika. Gelombang mekanis mengacu pada gangguan itu mentransfer energi melalui materi - gelombang air atau gelombang suara adalah contohnya.
Gerak harmonik sederhana adalah jenis gerak periodik lain di mana partikel atau objek berosilasi di sekitar titik tetap. Contohnya termasuk pendulum sudut kecil berayun bolak-balik atau pegas melingkar yang memantul ke atas dan ke bawah seperti yang dijelaskan oleh Hukum Hookes.
Kuantitas khas yang digunakan fisikawan untuk mempelajari gelombang dan gerakan periodik adalah periode, frekuensi, kecepatan gelombang, dan panjang gelombang.
Gelombang elektromagnetik, atau cahaya, adalah jenis gelombang lain yang dapat melewati ruang kosong karena energi tidak dibawa oleh materi, tetapi oleh medan yang berosilasi. (Osilasi adalah istilah lain untuk getaran.) Sementara cahaya memang bertindak seperti gelombang dan sifat-sifatnya dapat diukur dengan jumlah yang sama dengan gelombang klasik, ia juga bertindak sebagai partikel, yang membutuhkan beberapa fisika kuantum untuk dijelaskan. Jadi, cahaya tidak sepenuhnya masuk ke dalam studi mekanika klasik.
Matematika dalam Mekanika Klasik
Fisika adalah ilmu yang sangat matematis. Memecahkan masalah mekanika membutuhkan pengetahuan tentang:
Gerakan Satu Dimensi vs Gerakan dalam Dua Dimensi
Ruang lingkup kursus fisika pengantar sekolah menengah atau biasanya biasanya mencakup dua tingkat kesulitan dalam menganalisis situasi mekanika: melihat gerakan satu dimensi (lebih mudah) dan gerak dua dimensi (lebih keras).
Gerak dalam satu dimensi berarti objek bergerak sepanjang garis lurus. Jenis masalah fisika ini dapat diselesaikan dengan menggunakan aljabar.
Gerak dalam dua dimensi menjelaskan kapan suatu benda bergerak memiliki komponen vertikal dan horizontal. Artinya, ia pindah dua arah sekaligus. Jenis masalah ini bisa multi-langkah dan mungkin memerlukan trigonometri untuk dipecahkan.
Gerakan proyektil adalah contoh umum dari gerakan dua dimensi. Gerakan proyektil adalah semua jenis gerakan di mana satu-satunya gaya yang bekerja pada objek adalah gravitasi. Sebagai contoh: bola dilemparkan ke udara, mobil melaju dari tebing atau panah yang ditembakkan ke sasaran. Dalam setiap kasus ini, benda-benda yang dilalui melalui udara melacak bentuk busur, bergerak secara horizontal dan vertikal (baik naik dan turun, atau turun).