Jika suatu benda dilepaskan pada ketinggian tertentu di atas permukaan tanah, maka benda itu akan mengalami gerak jatuh bebas. Gaya gravitasi bekerja pada sebuah benda ketika benda tersebut jatuh. Ketika benda berada dalam keadaan diam di Bumi seperti buku yang diletakkan di atas meja, gaya gravitasi pada buku tersebut tidak hilang sama sekali.
Hal ini dapat diketahui, jika kita meletakkan buku tersebut di atas timbangan manual. Ketika berada di atas timbangan, buku dalam keadaan diam namun jarum penunjuk massa pada timbangan bergerak. Hal ini terjadi karena gaya gravitasi tetap bekerja pada buku tersebut. Tetapi jika gaya gravitasi tetap bekerja, mengapa buku tidak bergerak (jatuh)? Gaya apa yang menahan buku tidak jatuh? Untuk menjawabnya, perhatikan penjelasan berikut ini.
Pengertian Gaya Normal
Dari Hukum II Newton, resultan gaya pada sebuah benda yang tetap diam adalah nol. Pasti ada gaya lain pada buku untuk mengimbangi gaya gravitasi. Untuk sebuah buku yang diam di atas meja, maka meja tersebut memberikan gaya ke atas. Meja sedikit tertekan di bawah buku akibat gaya berat dan karena elastisitasnya, meja itu mendorong buku ke atas seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gaya ke atas yang diberikan meja terhadap buku ini sering disebut gaya sentuh, karena terjadi pada dua benda yang bersentuhan. Ketika gaya sentuh arahnya tegak lurus terhadap permukaan bidang sentuh, maka gaya itu biasa disebut dengan gaya normal yang dilambangkan dengan N (“normal” berarti tegak lurus). Dengan demikian dapat kita simpulkan definisi gaya normal adalah sebagai berikut.
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 dan satuan Sistem Internasionalnya adalah kgm/s2 atau Newton. |
Dengan demikian, pada buku yang diletakkan diam di atas meja terdapat dua gaya yang bekerja, yaitu gaya normal (N) yang berasal dari meja dan gaya berat (w). Kedua gaya tersebut besarnya sama tetapi berlawanan arah sehingga membentuk keseimbangan pada buku. Akan tetapi perlu kalian ingat bahwa gaya normal dan gaya berat bukan merupakan pasangan gaya aksi-reaksi yang dibicarakan pada Hukum III Newton, karena gaya-gaya tersebut bekerja pada benda yang sama.
Cara Menggambarkan Gaya Normal
Arah gaya normal selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Jika bidang sentuh antara dua benda adalah horizontal, maka arah gaya normalnya adalah vertikal. Jika bidang sentuhnya vertikal, maka arah gaya normalnya adalah horizontal. Apabila bidang sentuhnya miring, maka arah gaya normalnya juga akan miring. Untuk melukiskan gaya normal, pangkal atau titik tangkap vektor di mulai dari titik dimana dua permukaan benda bersentuhan kemudian tarik garis tegak lurus melalui pusat massa benda tersebut. Perhatikan gambar gaya normal berikut ini.
Khusus bidang sentuh vertikal, pada benda harus diberi gaya F untuk menekan benda agar tidak jatuh. Dalam keadaan ini, gaya normal N akan terjadi dimana besarnya sama dengan gaya F dan arahnya tegak lurus dengan bidang sentuh atau berlawanan arah dengan F. Meskipun gaya F dan N sama besar dan arahnya berlawanan tetapi kedua gaya ini bukan merupakan pasangan gaya aksi reaksi Hukum III Newton karena kedua gaya ini bekerja pada benda yang sama.
Rumus Gaya Normal
Rumus gaya normal dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II Newton tentang gerak, dengan ketentuan jika benda diam, maka nilai percepatannya adalah nol (a = 0). Sebaliknya jika benda bergerak maka percepatannya adalah tetap (a = konstan) atau benda mengalami gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Dari gambar gaya normal pada benda yang terletak pada bidang datar horizontal, bidang miring dan bidang vertikal di atas, maka persamaan gaya normal pada benda tersebut adalah sebagai berikut.
#1 Rumus Gaya Normal Pada Bidang Horizontal
Jika benda diam pada bidang horizontal, maka gaya yang bekerja hanya dua yaitu gaya berat dan gaya normal. Kedua gaya ini bekerja saling berlawanan dalam arah vertikal (sumbu Y). Sedangkan dalam arah horizontal (sumbu X) tidak ada gaya yang bekerja. Rumus gaya normal dapat dicari dengan Hukum II Newton sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu X
ΣFX = 0
Resultan gaya pada sumbu Y
ΣFY = ma
N – w = 0
N = w
Dengan demikian rumus gaya normal suatu benda yang terletak diam pada bidang horizontal adalah sebagai berikut
N = w |
#2 Rumus Gaya Normal Pada Bidang Miring
Pada bidang miring, gaya normal dan gaya berat bekerja pada sebuah benda membentuk sudut terkecil yang besarnya sama dengan sudut kemiringan bidang. Jika garis gaya normal diasumsikan sebagai sumbu Y, garis kemiringan bidang diasumsikan sumbu X dan sudut kemiringan bidang adalah α maka vektor gaya berat dapat dproyeksikan terhadap sumbu X dan sumbu Y tersebut.
Hasil proyeksi (penguraian vektor) gaya berat w adalah w sin α pada sumbu X dan w cos α pada sumbu Y. Dalam hal ini rumus gaya normal dapat ditentukan dengan menggunakan hukum II Newton sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu X
ΣFX = ma
w sin α = ma
Resultan gaya pada sumbu Y
ΣFY = ma
N – w cos α = ma → karena tidak terjadi gerak pada arah vertikal maka a = 0,
N – w cos α = 0
N = w cos α
Dengan demikian rumus gaya normal suatu benda yang terletak pada bidang miring adalah sebagai berikut
N = w cos α |
#3 Rumus Gaya Normal Pada Bidang Vertikal
Jika suatu benda ditekan dengan gaya sebesar F pada bidang vertikal (ex. Dinding) maka rumus gaya normal benda tersebut juga ditentukan dengan menggunakan Hukum Newton yang ke-2. Perhatikan penjelasan berikut ini.
Resultan gaya pada sumbu Y
Pada sumbu Y tidak ada resultan gaya, karena yang bekerja hanya gaya berat saja.
w = mg
Resultan gaya pada sumbu X
ΣFX = ma
F – N = ma → karena tidak terjadi gerak pada arah horizontal maka a = 0,
F – N = 0
N = F
Dengan demikian rumus gaya normal suatu benda yang ditekan pada bidang vertikal adalah sebagai berikut
N = F |
Rumus-rumus gaya normal di atas adalah contoh gaya normal pada tiga kondisi yaitu pada bidang horizontal, bidang miring dan bidang vertikal. Sebenarnya masih banyak kondisi atau keadaan lain yang tiap-tiap kondisi memiliki rumus gaya normal yang berbeda. Untuk mendalami lebih lanjut mengenai rumus gaya normal, silahkan kalian pelajari artikel tentang kumpulan rumus lengkap gaya normal pada dinamika translasi.
Contoh Soal Gaya Normal dan Pembahasannya
Sebuah balok bermassa 5 kg. jika g = 10 m/s2 maka tentukan gaya normal yang bekerja pada balok jika diam di atas bidang miring yang membentuk sudut 300 terhadap horisontal.
Jawab
Perhatikan gambar di atas. gaya-gaya pada balok dapat dilihat pada gambar tersebut. Balok dalam keadaan diam pada arah tegak lurus bidang berarti berlaku persamaan berikut.
ΣFY = 0
N – w cos α = 0
N – w cos 30o = 0
N – 50 × ½ √3 = 0
N = 25 √3 N
Demikianlah artikel tentang pengertian, rumus dan cara menggambarkan gaya normal beserta contoh soal dan jawabannya. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.
Sumber https://www.fisikabc.com/Buat lebih berguna, kongsi:
