Itukekuatan bersihadalah jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada suatu benda. (Ingat bahwa gaya adalah dorongan atau tarikan.) Satuan SI untuk gaya adalah newton (N), di mana 1 N = 1 kgm/s2.
\bold{F_{net}} = \bold{F_1 + F_2 + F_3 + ...}
Hukum I Newton menyatakan bahwa suatu benda yang mengalami gerak beraturan – artinya benda tersebut diam atau bergerak dengan kecepatan konstan – akan terus demikian kecuali jika ada gaya netto yang tidak nol. Hukum kedua Newton memberitahu kita secara eksplisit bagaimana gerakan akan berubah sebagai akibat dari gaya total ini:
\bold{F_{net}} = m\bold{a}
Percepatan - perubahan kecepatan dari waktu ke waktu - berbanding lurus dengan gaya total. Perhatikan juga bahwa percepatan dan gaya total adalah besaran vektor yang menunjuk ke arah yang sama.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Gaya total nol TIDAK berarti benda berhenti! Gaya total nol juga TIDAK berarti bahwa tidak ada gaya yang bekerja pada suatu benda karena beberapa gaya dapat bekerja sedemikian rupa sehingga mereka saling meniadakan.
Diagram Benda Bebas
Langkah pertama dalam menemukan gaya total pada benda apa pun adalah menggambardiagram benda bebas(FBD) menunjukkan semua gaya yang bekerja pada benda tersebut. Hal ini dilakukan dengan menyatakan setiap vektor gaya sebagai panah yang berasal dari pusat benda dan menunjuk ke arah gaya itu bekerja.
Sebagai contoh, anggaplah sebuah buku diletakkan di atas meja. Gaya yang bekerja padanya adalah gaya gravitasi pada buku yang bekerja ke bawah, dan gaya normal meja pada buku yang bekerja ke atas. Diagram benda bebas dari skenario ini akan terdiri dari dua anak panah dengan panjang yang sama yang berasal dari pusat buku, satu mengarah ke atas dan yang lainnya mengarah ke bawah.
Misalkan buku yang sama sedang didorong ke kanan dengan gaya 5 N sedangkan gaya gesekan 3-N melawan gerakan. Sekarang diagram benda bebas akan mencakup panah 5-N ke kanan dan panah 3-N ke kiri.
Akhirnya, misalkan buku yang sama berada pada bidang miring, meluncur ke bawah. Dalam skenario ini, ketiga gaya tersebut adalah gaya gravitasi pada buku, yang mengarah lurus ke bawah; gaya normal pada buku, yang menunjuk tegak lurus ke permukaan; dan gaya gesek yang arahnya berlawanan dengan arah gerak.
Menghitung Gaya Bersih
Setelah Anda menggambar diagram benda bebas, Anda dapat menggunakan penjumlahan vektor untuk menemukan gaya total yang bekerja pada objek. Kami akan mempertimbangkan tiga kasus saat kami mengeksplorasi ide ini:
Kasus 1: Semua gaya terletak pada garis yang sama.
Jika semua gaya terletak pada garis yang sama (menunjuk kiri dan kanan saja, atau hanya ke atas dan ke bawah, misalnya), menentukan gaya total adalah sebagai langsung seperti menambahkan besaran gaya ke arah positif, dan mengurangkan besaran gaya ke arah negatif arah. (Jika dua gaya sama besar dan berlawanan, seperti halnya dengan buku yang diletakkan di atas meja, gaya total = 0)
Contoh:Perhatikan sebuah bola bermassa 1 kg yang jatuh karena gravitasi, mengalami gaya hambatan udara sebesar 5 N. Ada gaya ke bawah di atasnya karena gravitasi 1 kg × 9,8 m/s2 = 9,8 N, dan gaya ke atas sebesar 5 N. Jika kita menggunakan konvensi bahwa ke atas adalah positif, maka gaya totalnya adalah 5 N - 9,8 N = -4,8 N, menunjukkan gaya total 4,8 N dalam arah ke bawah.
Kasus 2: Semua gaya terletak pada sumbu tegak lurus dan ditambahkan ke 0 sepanjang satu sumbu.
Dalam hal ini, karena gaya yang menambah 0 dalam satu arah, kita hanya perlu fokus pada arah tegak lurus saat menentukan gaya total. (Meskipun pengetahuan bahwa gaya pada arah pertama menambah 0 terkadang dapat memberi kita informasi tentang information gaya dalam arah tegak lurus, seperti ketika menentukan gaya gesekan dalam hal gaya normal normal besarnya.)
Contoh:Sebuah mobil mainan 0,25 kg didorong melintasi lantai dengan gaya 3 N yang bekerja ke kanan. Gaya gesekan 2 N bekerja untuk melawan gerakan ini. Perhatikan bahwa gravitasi juga bekerja ke bawah pada mobil ini dengan gaya 0,25 kg × 9,8 m/s2= 2,45 N, dan gaya normal bekerja ke atas, juga dengan 2,45 N.(Bagaimana kita tahu ini? Karena tidak ada perubahan gerak dalam arah vertikal saat mobil didorong melintasi lantai, maka gaya total dalam arah vertikal harus 0.)Hal ini membuat semuanya menjadi sederhana pada kasus satu dimensi karena satu-satunya gaya yang tidak saling meniadakan adalah sepanjang satu arah. Gaya total pada mobil adalah 3 N - 2 N = 1 N ke kanan.
Kasus 3: Semua gaya tidak terbatas pada sebuah garis dan tidak terletak pada sumbu tegak lurus.
Jika kita mengetahui arah percepatan yang akan ditempuh, kita akan memilih sistem koordinat yang arahnya terletak pada sumbu x positif atau sumbu y positif. Dari sana, kami memecah setiap vektor gaya menjadi komponen x dan y. Karena gerak dalam satu arah adalah konstan, jumlah gaya dalam arah itu harus 0. Gaya ke arah lain kemudian menjadi satu-satunya penyumbang gaya total dan kasus ini telah direduksi menjadi Kasus 2.
Jika kita tidak tahu ke arah mana percepatannya, kita dapat memilih koordinat Cartesian mana saja sistem, meskipun biasanya paling mudah untuk memilih satu di mana satu atau lebih gaya terletak pada sumbu. Pecahkan setiap vektor gaya menjadi komponen x dan y. Tentukan gaya total padaxarah dan gaya total dalamkamuarah secara terpisah. Hasilnya memberikan koordinat x dan y dari gaya total.
Contoh:Sebuah mobil bermassa 0,25 kg menggelinding tanpa gesekan menuruni bidang miring 30 derajat karena gravitasi.
Kami akan menggunakan sistem koordinat sejajar dengan jalan seperti yang ditunjukkan. Diagram benda bebas terdiri dari gravitasi yang bekerja lurus ke bawah dan gaya normal yang bekerja tegak lurus terhadap permukaan.
Kita harus memecah gaya gravitasi menjadi komponen x dan y, yang memberikan:
F_{gx} = F_g\sin(\theta)\\ F_{gy} = F_g\cos(\theta)
Sejak gerak dikamuarahnya konstan, kita tahu bahwa gaya total dalamkamuarah harus 0:
F_N - F_{gy} = 0
(Catatan: Persamaan ini memungkinkan kita untuk menentukan besarnya gaya normal.)
Dalam arah x, satu-satunya gaya adalahFgx, karenanya:
F_{net} = F_{gx} = F_g\sin(\theta) = mg\sin(\theta) = 0,25\times9.8\times\sin (30) = 1,23 \text{ N}
Cara Menemukan Percepatan Dari Gaya Bersih
Setelah Anda menentukan vektor gaya total Anda, menemukan percepatan suatu benda adalah aplikasi sederhana dari hukum kedua Newton.
\bold{F_{net}} = m\bold{a}\implies\bold{a} = \frac{\bold{F_{net}}}{m}
Pada contoh sebelumnya mobil 0,25 kg menggelinding menuruni tanjakan, gaya totalnya adalah 1,23 N menuruni tanjakan, sehingga percepatannya adalah:
\bold{a} = \frac{\bold{F_{net}}}{m} = \frac{1.23}{0.25} = 4,92\text{ m/s}^2\text{ menuruni jalan}