Siapa pun yang pernah secara naluriah meletakkan tangannya di dasbor mobil untuk mengantisipasi kendaraan yang berhenti mendadak memahami konsep inersia , bahkan jika dia tidak pernah mencurahkan pemikiran khusus pada hukum fisika.
Mungkin tidak terpikir oleh penumpang yang waspada ini bahwa prinsip fisik yang sama menjelaskan mengapa dia secara sadar memiringkan kepalanya ke sandaran kepala tempat duduknya setiap kali pengemudi akan menekan pedal gas: Dia tahu dari pengalaman bahwa pengemudi “berkaki depan” adalah cenderung menempatkannya pada risiko whiplash dan membuatnya terkena gaya yang diarahkan ke belakang saat mobil lepas landas.
Menuruni skala urgensi, mencoba mengeluarkan saus salad atau saus tomat terakhir dari botol dengan mengocoknya, memulai lari dalam acara atletik seperti lompat jauh dan ayunan kursi goyang yang berkelanjutan setelah Anda berhenti mencoba mengayun itu semua merupakan contoh hukum inersia , hukum gerak pertama Newton, dalam kehidupan sehari-hari.
Pada tingkat sehari-hari, Anda mungkin mendengar seorang teman bercanda bahwa “kelembaman” membuatnya tidak bisa bangun dari tempat tidur dan melakukan lari sejauh 5 mil pagi itu. Sementara kemalasan yang dapat dimaafkan seperti itu secara teknis bukan contoh formal dari inersia dalam dunia fisika, obrolan ringan tentang kemiripan seseorang dengan kemalasan ini tetap menggambarkan salah satu konsep paling penting dalam semua fisika terapan.
Apa Inersia dalam Fisika?
Prinsip inersia menggambarkan kecenderungan suatu benda untuk tetap dalam keadaan diam atau tetap bergerak dengan kecepatan konstan. Dengan demikian, ini adalah ukuran ketahanan suatu benda untuk mengubah keadaannya, baik itu benda yang bergerak atau sesuatu yang duduk. di atas meja. Jika suatu benda memiliki lebih banyak inersia, ia membutuhkan lebih banyak usaha untuk mengubah keadaannya, baik itu diam atau kecepatan konstan. Sejalan dengan itu, objek dengan inersia lebih sedikit berada dalam keadaan yang lebih mudah diubah.
Salah satu alasan aspek “kecepatan konstan” mungkin tidak intuitif adalah adanya gesekan. Saat Anda menendang bola ke bawah lapangan, bola itu memantul dan akhirnya berhenti karena gesekan rumput. Tetapi jika lapangan permainan dapat dibuat tanpa gesekan, bola akan terus bergerak selamanya dengan kecepatan konstan kecuali dihentikan oleh gaya luar. (Tak perlu dikatakan, keadaan ini juga pasti akan memengaruhi aturan main permainan bola – dan yang lainnya – di Bumi.)
- Terkadang, Anda akan melihat hukum kelembaman disebutkan dengan istilah “kecepatan konstan”, bukan “kecepatan konstan”. Memang benar, ini tidak cukup deskriptif; kelajuan hanyalah besaran (nilai bilangan), sedangkan kecepatan adalah besaran vektor dan oleh karena itu mencakup arah (x, y, z) juga.
Hukum Gerak Newton
Isaac Newton (1642-1726) tetap menjadi pemilik salah satu intelek paling luar biasa dalam sejarah manusia, yang pada dasarnya menyusun disiplin matematika kalkulus dari awal dan menyumbangkan pengetahuan tentang gerak benda yang mengilhami Galileo Galilei, seorang arsitek astrofisika yang hebat ide dalam haknya sendiri, dan banyak lainnya.
Hukum pertama Newton kadang-kadang disebut hukum inersia karena menggambarkan kecenderungan suatu benda tergantung pada ada atau tidak adanya gaya eksternal. Tanpa gaya total pada suatu benda, geraknya tidak akan berubah. Dengan demikian, hukum ini bukanlah penyumbang persamaan gerak yang juga dikembangkan oleh Newton, mungkin membantu menjelaskan mengapa beberapa siswa tidak terbiasa dengannya.
Hukum kedua Newton mengusulkan bahwa gaya bertindak untuk mempercepat massa, atau secara matematis,
F_{net}=ma
Hukum ini menghubungkan gaya total dalam suatu sistem, termasuk arah, dengan massa dan gerak partikelnya. Untuk menghitung gaya total, Anda cukup mengambil penjumlahan vektor dari semua gaya yang bekerja pada benda. Terakhir, hukum ketiga Newton menegaskan bahwa untuk setiap gaya terdapat gaya yang sama dan berlawanan di alam – “reaksi yang sama dan berlawanan” juga terkadang diterapkan secara bercanda tetapi jitu dalam bahasa sehari-hari.
Mengapa Inersia Penting
Proyek dasar dari semua fisika adalah memahami gerak benda, termasuk banyak benda yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia dan partikel yang keberadaannya mungkin tidak lebih dari gagasan main-main. Penerapan hukum kelembaman di dunia nyata meliputi desain perangkat keselamatan untuk kendaraan, termasuk namun tidak terbatas pada sabuk pengaman, yang dapat memberikan kekuatan eksternal untuk menghentikan gerakan benda jika terjadi perubahan mendadak dalam fisika seketika. lingkungan.
Inersia suatu objek juga memiliki kegunaan yang menarik dalam perjalanan ruang angkasa. Misalnya, setelah sebuah perangkat lepas dari gravitasi Bumi, ia akan melanjutkan lintasan yang diberikan hingga bertemu dengan medan atau objek gravitasi lain. Pesawat antariksa dapat dikirim dalam jarak yang sangat jauh tanpa perlu bahan bakar tambahan selain yang diperlukan untuk “melarikan diri” dari Bumi, melakukan perubahan navigasi kecil, atau mendarat di objek lain.
Seperti yang telah dibahas sebelumnya, benda-benda yang bergerak di Bumi tidak langsung tampak “bermaksud” untuk melanjutkan dengan kecepatan konstan karena gaya gesekan eksternal. Karena gesekan ada di mana-mana (bahkan udara memaksakan banyak hal pada kecepatan yang lebih tinggi) dan terus-menerus memperlambat objek kecuali gaya tambahan terus ditambahkan untuk melawannya, luasnya hukum inersia tidak intuitif.
Momen inersia
Kadang-kadang disebut inersia rotasi, momen inersia adalah analog sudut inersia. Ini adalah properti benda yang bergantung pada massa, jari-jari, dan sumbu rotasi benda. Inersia I untuk gerak rotasi sama dengan massa untuk gerak linier, tetapi meskipun inersia dan massa adalah analog, inersia memiliki satuan massa dikalikan kuadrat jarak (misalnya, kg â ‹… m 2 ).
Kuantitas ini menggambarkan betapa sulit atau mudahnya mengubah rotasi suatu objek, termasuk membuatnya mulai berputar atau menghentikannya ketika sudah berputar.
Juga, sedangkan energi kinetik linier dinyatakan sebagai
KE=frac{1}{2}mv^2
energi kinetik rotasi diberikan oleh
KE_{rot}=frac{1}{2}Iomega^2
di mana ω mewakili kecepatan sudut dalam radian per detik.
Inersia Rotasi: Diskusi Lebih Lanjut
Penting untuk diketahui bahwa konsep inersia tidak akan masuk akal tanpa menggunakan kerangka acuan, atau kerangka inersia . Kerangka inersia adalah kerangka yang dapat diperlakukan sebagai stasioner sehingga objek lain dalam kerangka tersebut dapat diberi nilai yang berarti untuk v , a , r , dan seterusnya. Ini adalah kerangka di mana hukum Newton berlaku. Sistem koordinat grid biasanya ditumpangkan pada bagian dari kerangka ini, yang seringkali adalah Bumi itu sendiri.
Sementara Bumi, untuk semua tujuan praktis, “tetap” dalam kaitannya dengan sebagian besar upaya manusia sehari-hari, percobaan yang cermat dapat menunjukkan bahwa data fisik yang dikumpulkan di laboratorium di lokasi tertentu sedikit berbeda dari waktu ke waktu berkat rotasi Bumi beserta rotasinya. revolusi mengelilingi matahari, gerak translasi melalui Galaksi Bima Sakti itu sendiri dan seterusnya.
Pengalaman pribadi juga tampaknya menghadirkan pelanggaran hukum kelembaman. Di hampir semua kasus, kesalahpahaman ini muncul dari ketidaksadaran memperlakukan kerangka referensi sebagai inersia padahal sebenarnya tidak. Misalnya, jika Anda berada di komidi putar yang bergerak, terutama yang memiliki kecepatan sudut tinggi, Anda merasa seolah-olah sedang dipercepat ke samping setiap saat, daripada merasa tubuh Anda “ingin” terus bergerak dalam garis lurus bersinggungan dengan tepi komidi putar.
