Cara Menyelesaikan Vektor Gaya

Cara menyelesaikan vektor gaya perlu Anda kuasai agar bisa menyelesaikan operasi vektor, seperti menjumlahkan atau mengurangkan vektor. Selama ini ada 3 metode yang dapat Anda pergunakan. Tentu saja setiap metode memiliki kelemahan dan keunggulan masing-masing.

Posting ini dibuat guna menjelaskan lebih detai dari Bahan Ajar Kuliah Fisika pada topik bahasan Besaran Vektor dan Skalar.

RESULTAN GAYA

Berbicara mengenai vektor gaya, tak luput dari Resultan Gaya. Dimana gaya-gaya yang bekerja pada sebuah sistem digabungkan menjadi satu gaya saja.

Tanpa mencari resultan gaya, kita tidak akan bisa memprediksi besar dan arah gaya yang terjadi pada sebuah sistem.

Resultan Gaya adalah hasil penjumlahan (+) dari beberapa gaya. Meskipun resultan gaya adalah penjumlahan dari semua gaya, namun dalam kenyataannya masih ada pengurangan (-) juga. Pengurangan gay aini terjadi Ketika gaya -gaya yang dijumlahkan memiliki arah yang berlawanan.

MENGAPA PERLU MENGHITUNG RESULTAN GAYA ?

Gaya merupakan besaran vektor yang besar dan arahnya bisa ditentukan. Dengan menggunakan alat ukur gaya, sebuah gaya yang bekerja pada sebuah sistem bisa dengan mudah ditentukan besar (nilai) dan arahnya. Hanya saja terbatas pada satu gaya saja.

Nah, bagaimana jika gaya yang bekerja pada sistem tersebut adalah terdiri dari lebih dari dua gaya? Satu-satunya jalan yaitu dengan menentukan resultan gaya tersebut.

Misalnya ada 3 gaya yang bekerja pada sebuah sistem (lihat gambar). Tanpa menghitung resultan gaya, Anda tidak akan bisa menentukan total gaya yang bekerja pada ssstem tersebut. Selain itu Anda juga tidak bisa memprediksi arah gayanya.

CARA MENENTUKAN ARAH GAYA

Setiap gaya menempati sumbu x-y. Sumbu x dari 0 ke kanan adalah sumbu x positif (+X). Sedangkan yang mengarah ke kiri dari titik 0 adalah sumbu x negatif (-X).

Demikian halnya dengan sumbu y. Sumbu y positif (+Y) adalah sumbu y yang mengarah ke atas dari titik 0. Sedangkan yang mengarah ke bawah adalah sumbu y negatif (-Y).

Sehingga Gaya F1 sebesar 30 N dengan arah 30 derajad (dari sumbu X positif). Gaya F2 sebesar 20 N dengan arah 120 derajad dan Gaya F3 sebesar 10 N dengan arah 270 derajad.

Nah ketiga gaya yang bekerja pada system tersebut belum bisa ditentukan besar dan arahnya sebelum dicari resultannya.

CARA MENYELESAIKAN VEKTOR GAYA

Cara menyelesaikan vektor gaya dapat dilakukan dengan 3 metode, yaitu:

1. Metode Grafis

Metode grafis yaitu cara menyelesaikan vektor gaya dengan cara digambar. Penggambaran vektor gaya dipengaruhi oleh panjang – pendek garis gaya dan arah gaya.

Panjang pendeknya gaya mewakili besarnya gaya.  Sedangkan sudut yang dibentuk gaya terhadap garis sumbu x positif adalah arah gaya.

Cara menentukan resultan gaya dengan metode grafis dapat Anda lakukan dengan menyusun semua gaya-gaya yang bekerja pada sebuah sistem. Panjang-pendeknya garis gaya menentukan besar atau nilai gaya tersebut.

Cara menghitung resultan gaya denagn metode grafis:

• Cara menghitung resultan gaya dengan metode grafis dilakukan dengan cara menghubungkan seluruh gaya dengan memperhitungkan Panjang dan arah gaya tersebut.
• Pada dasarnya, gaya-gaya yang bekerja pada system hanya dipindahkan untuk membentuk garis gaya yang saling terhubung tanpa putus.
• Setelah semua garis gaya terhubung, maka resultan gayanya adalah jarak antara titik tangkap gaya ke ujung garis gaya terakhir. Pada gambar diatas, resultan gaya ditunjukkan oleh garis gaya berwarna hijau dengan simbol R (Resultan Gaya).

2. Metode Jajaran Genjang

Cara menghitung resultan gaya dengan metode jajaran genjang dapat diselesaikan dengan 2 vektor gaya secara bertahap.

Cara menghitung resultan gaya dengan metode jajaran genjang:

a). Carilah resultan gaya untuk Gaya F₁ dan F₂. Cara menghitungnya yaitu dengan menggunakan rumus:

Cara menghitung resultan gaya dengan metode jajaran genjang:Carilah resultan gaya untuk Gaya F₁ dan F₂. Cara menghitungnya yaitu dengan menggunakan rumus:

R = √{F₁² + F₂² – 2. F₁.F₂ cos 180 – (α₂-α­₁)}

b). Setelah mendapatkan resultan gaya R1, anda dapat menghitung resultan gaya yang kedua, yaitu Gaya F3 dan R1. Setelah Anda hitung seperti pada (b), maka harga resultan gaya total (Gaya F₁ dan F₂) sudah dapat diketahui nilainya.

3. Metode Analisis

Dibandingkan dengan metode grafis dan jajaran genjang, metode analisislah yang memiliki ketelitian yang paling tinggi. Hasil perhitungan resultan gaya dengan metode analisis hanya melalui perhitungan dan tidak ada penggambaran seperti pada metode yang lain.

Cara menghitung resultan gaya dengan metode analisis:

a. Uraikan semua gaya-gaya yang bekerja pada sebuah system menurut sumbu x dan y (F_1x , F_1y , F_2x , F_2y , F₃)

F_1x = F₁ cos α­₁

F_1y = F₁ sin α­₁

b. Jumlahkan seluruh gaya menurut sumbu x dan y (ΣF_x dan ΣF_y)

ΣF_x = F_1x + F_2x

ΣF_y = F_1y + F_2y + F₃

c. Hitunglah resultan gaya dari kedua total gaya yang searah sumbu x (ΣF_x) dan sumbu y (ΣF_y) dengan rumus Pythagoras.

R = √(ΣF_x² + ΣF_y² – 2. ΣF_x + ΣF_y cos 90)

d. Arah gaya vektor dapat dicari dengan tangen, yaitu:

Tan α = ΣF_y / ΣF_x

Jadi, α = tan^-1 (ΣF_y / ΣF_x)

PENUTUP

Metode analisis dapat digunakan untuk mendapatkan resultan gaya secara detail dan akurat, namun perlu proses yang agak panjang karena perlu menguraikan semua gaya menurut sumbu x dan y.

Sedangkan metode yang lain – semisal metode grafis, relatif mudah dan cepat untuk mendapatkan hasilnya. Namun tidak begitu valid. Sehingga metode ini hanya tepat untuk memperkirakan besar dan arah resultan gaya saja.*