Gaya Non Konservatif dan Kekekalan Energi Mekanik

Apa yang dimaksud gaya non-konsevatif dan bagaimana pengaruhnya terhadap hukum kekekalan energi mekanik dan usaha? Selain gaya konservatif yang telah dijelaskan pada pembahasan sebelumnya, konsep gaya Non-konservatif menjadi bagian tak terpisahkan dalam kaitannya dengan usaha pada suatu sistem. Sebagai salah satu contoh gaya Non konservatif adalah gaya gesek. Jika kita berbicara usaha yang dilakukan oleh gaya ini, akan sangat bergantung pada lintasan yang dilalui. Semakin panjang lintasan yang dilalui maka konversi usaha oleh gaya gesek menjadi energi panas akan semakin besar. Jelas menunjukkan bahwa usaha oleh gaya Non koservatif sangat bergantung pada lintasan. Sebagai konsekuensi utama dari gaya ini adalah tidak berlakunya hukum kekekalan energi mekanik. Hal tersebut jelas bahwa perbedaan energi mekanik akhir dengan awal timbul karena melalui gaya koservatif, usahanya sering diubah dalam bentuk energi panas sebagai hasil dari gesekan. Konsep pentingnya adalah bahwa usaha oleh gaya Non konservatif sama dengan jumlah perubahan energi kinetik dan energi potensial.

Wnc adalah usaha oleh gaya Non konservatif (dalam hal ini biasanya oleh gaya gesek), delta Em menunjukkan perubahan energi mekanik dari sistem yang ditinjau.

Kaji-1: Sebuah balok bermassa 5 kg mgeluncur dalam biadang miring kasar dengan koefisien gesekan kinetik 0.1. Panjang lintasan yang ditempuh balok selama meluncur sampai posisi terbawah adalah 10m dengan ketinggian awalnya adalah 8m. Tentukanlah besar kecepatan balok didasar lintasan bidang miring!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Gaya Non konservatif dalam hal ini adalah gaya gesek. Jadi usaha yang dilakukan oleh gaya gesek harus sama dengan delta EK ditambah delta EP.

Ingat bahwa sin theta adalah 8/10, maka cos theta adalah 6/10. Dengan mensubstitusi semua nilai akan diperoleh nilai v sebagai berikut:

Latih-1: Sebuah balok bermassa 10 kg mgeluncur dalam bidang miring kasar dengan koefisien gesekan kinetik 0.2. Panjang lintasan yang ditempuh balok selama meluncur sampai posisi terbawah adalah 10m dengan ketinggian awalnya adalah 8m. Tentukanlah besar kecepatan balok didasar lintasan bidang miring!

Kaji-2: Perhatikanlah gambar sistem di bawah ini. Jika suatu balok meluncur pada miring kasar  kemiringan 37 derajat dengan dibawahnya berada pegas dalam keadaan tidak teregang.

Saat dilepas balok berada 50 cm jaraknya dari ujung pegas dan ketika mengenai pegas balok menekannya sejauh 20 cm. Jika konstanta pegas 50 N/m dan massa balok 200 gram serta meluncur dari keadaan diam, tentukanlah; a) gaya gesek yang bekerja pada balok, b) kecepatan balok ketika meninggalkan pegas

Jawab:

Besaran yang diketahui.

Pada keadaan titik terendah, energi yang ada adalah energi potensial pegas dan pada keadaan awal adalah energi potensial gravitasi. Jadi gaya geseknya adalah

Energi pada keadaan akhir, dalam hal ini ada energi kinetik dan juga energi potensial gravitasi dan energi awalnya adalah energi potensial pegas.

Latih-2: Perhatikanlah gambar sistem di bawah ini. Jika suatu balok meluncur pada miring kasar  kemiringan 53 derajat dengan dibawahnya berada pegas dalam keadaan tidak teregang. Saat dilepas balok berada 100 cm jaraknya dari ujung pegas dan ketika mengenai pegas balok menekannya sejauh 20 cm. Jika konstanta pegas 50 N/m dan massa balok 200 gram serta meluncur dari keadaan diam, tentukanlah; a) gaya gesek yang bekerja pada balok, b) kecepatan balok ketika meninggalkan pegas

Kaji-3: (SBMPTN-2014) Sebuah benda yang bermassa m dilemparkan ke atas dari pemukaan tanah dengan kelajuan Vo. Selama geraknya ke atas benda mengalami gaya gesek udara yang besarnya mg/4. Tentukanlah kelajuan benda ketika benda mencapai tanah kembali!

Jawab:

Besaran yang diketahui.

Ketika benda bergerak ke atas kita dapat menerapkan konsep usaha oleh gaya Non konservatif yaitu

Ketika benda jatuh dari ketinggian maksimum sampai menyentuh tanah, usaha oleh gaya konservatifnya adalah

Bandingkan persamaan akhir di atas dengan persaman akhir di bawah, akan diperoleh

Latih-3: Sebuah benda yang bermassa 2m dilemparkan ke atas dari pemukaan tanah dengan kelajuan Vo. Selama geraknya ke atas benda mengalami gaya gesek udara yang besarnya mg/5. Tentukanlah kelajuan benda ketika benda mencapai tanah kembali!