Gaya Semu, Gaya Sentrifugal

Pengantar

Pernah menumpang mobil ? masa belum Ketika kita menumpang mobil yang sedang bergerak di tikungan, biasanya tubuh kita terhempas ke kiri jika mobil menikung ke kanan atau sebaliknya tubuh kita terhempas ke kanan jika mobil menikung ke kiri. Aneh ya, mengapa tubuh kita bisa terhempas ? fenomena ini tidak hanya terjadi ketika kita menumpang mobil saja tetapi juga ketika kita menumpang setiap benda yang bergerak melingkar.

Masih ada lagi yang menarik. Jika kita berada di dalam sebuah mobil yang mula-mula diam, biasanya tubuh kita terhempas ke belakang jika mobil bergerak secara tiba-tiba ke depan. Demikian juga sebaliknya, jika mobil yang sedang kita tumpangi sedang bergerak kencang direm secara tiba-tiba maka tubuh kita akan sempoyongan ke depan. Jika dirimu pernah belajar hukum I Newton maka pasti tidak asing lagi dengan ulasan ini. Menurut hukum I newton, fenomena ini terjadi karena adanya inersia atau kelembaman. Setiap benda yang sedang diam cenderung untuk diam alias tidak mau bergerak, sebaliknya setiap benda yang sedang bergerak cenderung untuk tetap bergerak.

Nah, bagaimana jika yang kita tinjau bukan penumpang tetapi sebuah kelereng, misalnya ? jika kita meletakkan sebuah kelereng di atas lantai mobil maka kelereng akan bergerak ke belakang (kelereng dipercepat ke belakang) ketika mobil dipercepat ke depan.  Sebaliknya jika mobil yang sedang bergerak direm secara tiba-tiba (mobil diperlambat) maka kelereng akan bergerak ke depan (kelereng dipercepat ke depan). Ingat ya, dalam kasus ini kelereng mengalami percepatan… Hal yang sama bisa juga terjadi pada penumpang, sebagaimana dijelaskan sebelumnya. Kadang penumpang hanya terhempas saja, kadang penumpang bisa saja terlempar… ketika penumpang terlempar, penumpang tersebut juga mengalami percepatan… nah, apakah peristiwa ini hanya bisa dijelaskan dengan inersia alias kelembaman ?

Gaya semu

Dalam hukum II newton, kita belajar bahwa jika sebuah benda mengalami percepatan maka pasti ada gaya total yang bekerja pada benda tersebut. Dalam hal ini setiap percepatan pasti terjadi akibat adanya gaya total. Gaya total tuh jumlah semua gaya yang bekerja pada suatu benda… gaya total bisa saja berupa sebuah gaya tunggal seperti gaya dorong, gaya tarik, gaya tendang , gaya tegangan tali, gaya normal, gaya gravitasi dkk… gaya total juga bisa saja merupakan jumlah dari beberapa gaya yang bekerja pada suatu benda.

Sekarang mari kita tinjau kasus terlemparnya penumpang atau kelereng yang dipercepat menggunakan hukum II newton.. Hukum II newton mengatakan bahwa jika suatu gaya total bekerja pada benda, maka benda tersebut akan mengalami percepatan, di mana arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya. Kalimat ini bisa dibalik menjadi seperti ini : jika suatu benda mengalami percepatan maka pasti ada gaya total yang bekerja pada benda tersebut, di mana arah percepatan benda sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya… Btw, benarkah ada gaya total yang bekerja pada kelereng yang dipercepat atau penumpang yang terlempar ?

Jika kita berada di dalam sebuah mobil, pada tubuh kita hanya bekerja gaya gravitasi alias gaya berat dan gaya normal. Kedua gaya ini bekerja pada arah vertikal, bukan pada arah horisontal. Demikian halnya dengan kelereng… jika kita meletakkan sebuah kelereng dalam mobil maka pada kelereng hanya bekerja gaya gravitasi dan gaya normal. Sekali lagi, kedua gaya ini bekerja pada arah vertikal, bukan pada arah horisontal… jika mobil dipercepat kedepan maka kelereng akan dipercepat ke belakang. Demikian halnya dengan penumpang jika penumpang terlempar ke belakang (penumpang dipercepat ke belakang) ketika mobil dipercepat ke depan…. Perhatikan bahwa percepatan yang dialami oleh kelereng atau penumpang terjadi pada arah horisontal, bukan vertikal.. tidak ada gaya yang bekerja pada arah horisontal. Hanya ada gaya yang bekerja pada arah vertikal, yakni gaya gravitasi dan gaya normal… satu-satunya gaya yang bekerja pada arah horsiontal adalah gaya gesekan. Btw, gaya ini bekerja pada roda mobil… gaya ini yang menyebabkan mobil mengalami percepatan.

Jika tidak ada gaya berarah horisontal yang bekerja pada penumpang atau kelereng, mengapa penumpang atau kelereng bisa mengalami percepatan pada arah horisontal ? bukankah hukum II newton mengatakan bahwa jika suatu benda mengalami percepatan maka pasti ada gaya yang bekerja pada benda tersebut ? wah, berarti hukum II newton keliru!! Perlu diperbaikikah ? tidak perlu… hukum II newton benar adanya… hukum II newton terbukti benar dalam banyak persoalan. Tetapi untuk kasus kelereng dan penumpang sebagaimana dijelaskan sebelumnya, hukum II newton tidak berlaku…  istilah kerennya, kelereng atau penumpang tersebut berada dalam kerangka acuan non inersia alias kerangka acuan yang dipercepat… dalam kerangka acuan noninersia, hukum newton tidak berlaku.

Lalu bagaimana kita menjelaskan kasus penumpang atau kelereng yang terlempar tersebut ?  Agar bisa menjelaskan hal tersebut, kita terpaksa menggunakan hukum II newton… kok terpaksa sich ? yupz… satu-satunya hukum fisika yang menjelaskan hubungan antara percepatan dan penyebab terjadinya percepatan (gaya) adalah hukum II newton… jadi mau tidak mau kita terpaksa mengatakan bahwa ada gaya yang bekerja pada penumpang atau kelereng. Nah, gaya ini kita beri julukan gaya semu alias gaya palsu alias gaya inersia. gaya semu benar-benar tidak ada… ini cuma rekaan atau karangan kita saja supaya bisa menjelaskan persoalan penumpang atau kelereng yang dipercepat… Sebaliknya gaya seperti gaya tarik, gaya dorong, gaya tegangan tali, gaya gesekan dkk benar-benar ada. Besarnya gaya semu yang bekerja pada penumpang atau kelereng yang terlempar dianggap sama dengan ma, di mana m = massa benda yang dipercepat dan a = besar percepatan yang dialami oleh benda tersebut.

Gaya sentrifugal

Ketika kita menumpang mobil yang sedang bergerak di tikungan, biasanya tubuh kita terhempas atau terlempar ke kiri jika mobil menikung ke kanan atau sebaliknya tubuh kita terhempas atau terlempar ke kanan jika mobil menikung ke kiri. Mengapa tubuh kita bisa terhempas atau terlempar ? dengan kata lain, mengapa tubuh kita dipercepat ? Hukum II newton mengatakan bahwa di mana ada percepatan maka di situ ada gaya Karena tubuh kita terhempas atau terlempar atau dipercepat ke kiri ketika mobil menikung ke kanan, berarti ada gaya berarah ke kiri yang bekerja pada tubuh kita. Demikian juga jika tubuh kita dipercepat ke kanan ketika mobil menikung ke kiri berarti ada gaya berarah ke kanan yang bekerja pada tubuh kita. Benarkah ada gaya yang mempercepat tubuh kita ?

Sebelum menyimpulkan apakah ada gaya yang mempercepat tubuh kita, mari kita tinjau gaya-gaya yang bekerja baik pada penumpang atau pada mobil. Ketika kita duduk dala mobil, hanya ada gaya gravitasi dan gaya normal yang bekerja pada tubuh kita. Kedua gaya gaya ini bekerja pada arah vertikal, bukan horisontal… Gaya yang bekerja pada arah horisontal adalah gaya gesekan, tetapi gaya ini bekerja di roda mobil. Gaya gesekan berperan sebagai gaya sentripetal yang mempercepat mobil ke pusat tikungan sehingga mobil bisa menikung…

Sekali lagi, hukum newton tidak berlaku dalam mobil yang sedang menikung. Mobil yang sedang menikung atau mobil yang sedang mengalami percepatan setripetal termasuk kerangka acuan noninersia. Penumpang yang terlempar dikatakan berada dalam kerangka acuan noninersia. Bagaimana menjelaskan keanehan ini ? Hukum II newton dirombak sajakah ? huft, jangan dunk, tidak perlu… Kita bisa mengakalinya. Mau tidak mau, kita berpura-pura mengatakan ada gaya yang bekerja pada penumpang yang terhempas atau terlempar atau dipercepat…. Gaya yang bekerja pada penumpang diberi julukan gaya sentrifugal… sentrifugal artinya menjahui pusat lingkaran. Arah gaya ini sama dengan arah terhempas atau arah terlemparnya penumpang ketika mobil menikung, yakni menjauhi pusat lingkaran… besar gaya sentrifugal dianggap sama dengan ma_r, di mana m = massa benda yang terlempar dalam mobil atau benda apapun yang sedang bergerak melingkar dan a_r = besar percepatan sentripetal.

Agar dirimu lebih memahami penjelasan gurumuda, alangkah tidak baiknya jika dirimu mempelajari dulu materi percepatan, gaya berat dan gaya normal, hukum I newton, Hukum II newton, Gaya sentripetal. Sekian ya, sampai jumpa lagi di episode berikutnya… mohon maaf lahir banting jika dirimu puyeng-puyeng atau bahkan sampai mual-mual bye…

Referensi :

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.

Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I  (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.

Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga.

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.