Kumpulan Rumus Lengkap Gaya Normal Pada Dinamika Translasi

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Gaya normal adalah gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan antara dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Lambang gaya normal adalah N. Gaya normal merupakan salah satu jenis gaya yang mengimbangi gaya berat sehingga apabila suatu benda terletak pada bidang datar (ex. Meja) tanpa gaya luar maka benda tersebut dapat berada di posisinya tanpa merusak bidang yang ditempatinya atau tertarik ke tanah.

Secara umum, besar gaya normal akan sama dengan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda pada arah yang sama dengan gaya normal (searah atau berlawanan). Rumus gaya normal akan berbeda-beda bergantung pada kondisi atau keadaan benda serta gaya-gaya luar yang mempengaruhinya. Berikut ini adalah kumpulan rumus lengkap gaya normal pada dinamika translasi dalam berbagai kondisi yang paling sering dibahas dalam soal fisika tentang gaya normal.

#1 Benda Berada di Atas Bidang Datar Horizontal

Ketika sebuah benda berada di atas bidang datar (kasar atau licin) baik dalam keadaan diam maupun diberi gaya ke arah kanan seperti tampak pada gambar di atas, maka gaya normal yang bekerja pada benda tersebut akan sama dengan gaya beratnya. Coba kalian perhatikan garis-garis gaya pada gambar di atas dan tinjau gaya-gaya yang bekerja pada arah vertikal (N dan w) dan arah horizontal (F).

Gaya F bekerja dalam arah horizontal sehingga gaya ini tidak mempengaruhi besarnya gaya normal. Karena dalam arah vertikal tidak terjadi gerak baik ke atas maupun ke bawah, maka berlaku Hukum I Newton sebagai berikut.

ΣF = 0

N – w = 0

N = w

N = mg

Dengan demikian, rumus gaya normal pada benda yang terletak pada bidang datar horizontal (kasar atau licin) baik diam maupun bergerak adalah sebagai berikut.

N = mg

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
m	=	Massa benda (kg)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#2 Benda Ditekan pada Bidang Datar Horizontal

Ketika benda terletak pada bidang datar horizontal kemudian ditekan dengan gaya F, maka dalam arah vertikal benda tersebut bekerja tiga buah gaya yaitu gaya normal N yang arahnya ke atas, gaya berat w yang arahnya ke bawah dan gaya tekan F yang arahnya ke bawah. Perhatikan garis-garis gaya yang bekerja pada benda seperti yang ditunjukan pada gambar di atas.

Gaya F bekerja dalam arah vertikal, sehingga gaya ini mempengaruhi besarnya gaya normal. Jika gaya F tidak terlalu besar maka keadaan benda tetap diam sehingga berlaku Hukum I Newton sebagai berikut.

ΣF = 0

N – F – w = 0

N = w + F

N = mg + F

Dengan demikian, pada benda yang terletak pada bidang datar horizontal (kasar atau licin) kemudian ditekan dengan gaya sebesar F memiliki rumus gaya normal sebagai berikut.

N = mg + F

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
F	=	Gaya tekan (N)
m	=	Massa benda (kg)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#3 Benda Ditarik Miring pada Bidang Datar Horizontal

Sebuah benda berada di atas bidang datar kemudian ditarik dengan gaya miring ke atas ditunjukkan seperti pada gambar di atas. Untuk menentukan gaya normal, langkah pertama adalah gambar garis-garis gaya yang dialami benda terlebih dahulu. Dan yang harus selalu kalian ingat adalah gaya berat selalu menuju pusat bumi sedangkan gaya normal selalu ke atas tegak lurus bidang.

Karena gaya F miring ke atas, maka gaya tersebut membentuk sudut kemiringan sebesar α terhadap arah horizontal. Selanjutnya proyeksikan vektor gaya F pada sumbu X dan sumbu Y sehingga menghasilkan vektor komponen F cos α dan  F sin α. Kemudian tinjau garis-garis gaya yang bekerja tegak lurus pada benda seperti yang terlihat pada gambar di atas.

Berdasarkan gambar garis-garis gaya di atas, terdapat tiga gaya yang bekerja dalam arah vertikal, yaitu gaya berat w, gaya normal N dan hasil proyeksi gaya F terhadap sumbu Y yaitu F sin α. Karena dalam arah vertikal tidak terjadi gerak, maka berlaku Hukum I Newton sebagai berikut.

ΣF = 0

N + F sin α – w = 0

N = w – F sin α

N = mg – F sin α

Dengan demikian, pada benda yang terletak pada bidang datar horizontal (kasar atau licin) yang ditarik dengan gaya miring ke atas memiliki rumus gaya normal sebagai berikut.

N = mg – F sin α

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
F	=	Gaya tarik (N)
α	=	Sudut kemiringan F terhadap bidang datar
m	=	Massa benda (kg)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#4 Benda Didorong Miring  pada Bidang Datar Horizontal

Ketika sebuah benda berada pada bidang datar horizontal lalu pada benda tersebut diberi gaya dorong miring ke bawah seperti ditunjukkan pada gambar di atas maka untuk menentukan gaya normal yang dialami benda, gambarkan semua gaya-gaya yang bekerja pada benda baik dalam arah vertikal maupun arah horizontal.

Gaya dorong F bekerja miring ke bawah sehingga membentuk sudut sebesar α terhadap bidang datar. Dengan menggunakan metode penguraian vektor, gaya F dapat diuraikan terhadap sumbu X dan sumbu Y dan menghasilkan gaya F cos α dan  F sin α. Dari gambar garis-garis gaya di atas, ada tiga gaya yang bekerja pada arah vertikal, yaitu gaya normal N, gaya berat w dan gaya F sin α. Karena tidak ada gerak dalam arah vertikal, berlaku Hukum II Newton sebagai berikut.

ΣF = 0

N – F sin α – w = 0

N = w + F sin α

N = mg + F sin α

Dengan demikian, pada benda yang terletak pada bidang datar horizontal (kasar atau licin) yang didorong dengan gaya miring ke bawah memiliki rumus gaya normal sebagai berikut.

N = mg + F sin α

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
F	=	Gaya tarik (N)
α	=	Sudut kemiringan F terhadap bidang datar
m	=	Massa benda (kg)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#5 Benda Ditekan pada Bidang Datar Vertikal

Untuk benda yang terletak pada bidang datar vertikal maka arah gaya normal N dan gaya berat w saling tegak lurus, dimana gaya normal arahnya mendatar (ke kanan atau ke kiri) sedangkan gaya berat arahnya vertikal ke bawah sehingga dalam kondisi ini, gaya berat tidak mempengaruhi besarnya gaya normal. Namun keadaan ini tidak mungkin bisa terjadi jika tidak ada gaya luar yang menekan benda tersebut, karena tanpa gaya luar benda akan jatuh bebas.

Gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda ditunjukkan seperti pada gambar di atas. Karena gaya normal arahnya horizontal, maka yang kita tinjau adalah gaya-gaya yang bekerja pada arah mendatar (sumbu X). Apabila setelah ditekan benda diam, maka berlaku Hukum I Newton sebagai berikut.

ΣF = 0

N – F = 0

N = F

Dengan demikian, pada benda yang terletak pada bidang datar vertikal (kasar atau licin) yang ditekan dengan gaya F memiliki rumus gaya normal sebagai berikut.

N = F

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
F	=	Gaya tekan (N)

#6 Benda Didorong Miring pada Bidang Datar Vertikal

Sebuah benda pada bidang vertikal yang diberi gaya dorong miring ke atas dengan sudut kemiringan sebesar α terhadap arah mendatar ditunjukkan seperti pada gambar di atas. Jika gaya dorong F diproyeksikan terhadap sumbu X dan sumbu Y maka menghasilkan gaya F sin α yang arahnya ke atas dan F cos α yang arahnya mendatar.

Dari gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda di atas, gaya normal arahnya horizontal ke kanan, sehingga untuk menentukan besar gaya normal kita tinjau gaya-gaya yang bekerja pada arah mendatar. Apabila benda tidak bergerak, maka pada benda tersebut berlaku Hukum I Newton sebagai berikut.

ΣF = 0

N – F cos α = 0

N = F cos α

Dengan demikian, pada benda yang terletak pada bidang datar vertikal (kasar atau licin) yang didorong dengan gaya miring ke atas memiliki rumus gaya normal sebagai berikut.

N = F cos α

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
F	=	Gaya dorong (N)
α	=	Sudut kemiringan F terhadap bidang datar

#7 Benda Berada di Atas Bidang Miring

Apabila sebuah benda berada di bidang miring baik licin maupun kasar, maka acuan kita sebagai sumbu X pada sistem ini adalah bidang miringnya sedangkan sumbu Y adalah bidang yang tegak lurus terhadap bidang miring. Kemudian gambarkan garis-garis gaya yang bekerja pada benda. Gaya berat selalu ke bawah menuju pusat bumi sedangkan gaya normal tegak lurus bidang miring.

Karena acuan kita adalah bidang miring, maka proyeksikan gaya berat ke sumbu X dan sumbu Y sehingga dihasilkan gaya w sin α dan w cos α. Seperti yang terlihat pada gambar di atas. Dari gambar tersebut, gaya yang bekerja dalam arah sumbu Y adalah gaya normal N dan gaya w cos α. Karena pada sumbu Y tidak ada gerak maka berlaku Hukum I Newton sebagai berikut.

ΣF = 0

N – w cos α = 0

N = w cos α

N = mg cos α

Dengan demikian, rumus gaya normal suatu benda yang terletak pada bidang miring (licin atau kasar) baik dalam keadaan diam maupun bergerak adalah sebagai berikut

N = mg cos α

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
α	=	Sudut kemiringan bidang miring
m	=	Massa benda (kg)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Demikianlah artikel tentang kumpulan rumus lengkap gaya normal pada dinamika translasi dalam 7 kondisi beserta gambar dan penjelasannya. Jika ingin mempelajari gaya normal pada gerak melingkar, silahkan baca artikel tentang kumpulan rumus lengkap gaya normal pada dinamika rotasi. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.