Pertemuan 5 · Bab 3 · Fisika 2 Satuan Kredit Semester · Program Studi Manajemen Proyek Konstruksi
Gaya, Hukum I Newton, dan Diagram Benda Bebas
Pertemuan 5 menjadi titik resmi pertama konsep gaya. Mahasiswa menggunakan kemampuan vektor
dari Pertemuan 3–4 untuk mengenali gaya yang bekerja pada benda, memilih sistem, membuat
Diagram Benda Bebas (Diagram Benda Bebas), dan menerapkan
Hukum I Newton pada kondisi statis.
Gaya sebagai vektorW = mgHukum I NewtonΣF = 0Diagram Benda BebasBerat · Normal · Tegangan · Gaya Gesek340 menitFormatif 0%
Batas materi: Pertemuan 5 hanya membahas Hukum I Newton dan kondisi statis. Pembahasan difokuskan pada identifikasi gaya, Diagram Benda Bebas, serta keseimbangan translasi. Tegangan, normal, dan gaya gesek diperdalam pada Pertemuan 6.
Gaya adalah interaksi yang bekerja pada suatu benda. Karena gaya merupakan besaran vektor,
setiap gaya harus mempunyai besar, arah, dan titik/garis kerja yang jelas.
F = Fₓ i + Fᵧ j
Untuk persoalan dua dimensi, gaya dapat diuraikan menjadi komponen x dan y menggunakan kemampuan vektor dari Pertemuan 3–4.
Aturan Diagram Benda Bebas: jangan menggambar panah gaya tanpa dapat menjelaskan sumber interaksinya.
Latihan Tujuan Pembelajaran 1
Sebuah balok berada di atas lantai. Sebutkan minimal dua interaksi yang bekerja pada balok.
Jawaban: interaksi gravitasi bumi menghasilkan berat; interaksi kontak lantai menghasilkan gaya normal.
Jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan nol, benda mempertahankan keadaannya:
tetap diam atau bergerak lurus dengan kecepatan konstan.
3.2 Fokus Teknik Sipil: benda diam
Dalam Pertemuan 5 kita menggunakan bagian keadaan diam.
Untuk benda statis, resultan gaya pada setiap arah harus nol.
ΣF = 0
ΣFₓ = 0 dan ΣFᵧ = 0
HorizontalGaya ke kanan dan kiri harus menghasilkan jumlah aljabar nol.
VertikalGaya ke atas dan ke bawah harus menghasilkan jumlah aljabar nol.
InterpretasiJika jumlah gaya tidak nol, kondisi statis yang diasumsikan tidak terpenuhi.
3.3 Contoh sederhana
Balok bermassa 30 kg diam di atas lantai horizontal tanpa gaya vertikal lain.
W = 30(9,81) = 294,3 N.
Karena balok diam: ΣFᵧ = 0.
N − W = 0 → N = 294,3 N
Pada kasus khusus ini N = W karena hanya ada N dan W pada arah vertikal.
Jangan menghafal N = W. Hubungan itu hanya berlaku jika Diagram Benda Bebas dan kondisi statis memang menghasilkan persamaan tersebut.
Latihan Tujuan Pembelajaran 3
Sebuah benda diam. Apa syarat resultan gaya menurut Hukum I Newton?
Jawaban: resultan gaya harus nol; dalam dua dimensi ditulis ΣFₓ = 0 dan ΣFᵧ = 0.
Balok 20 kg diam di atas lantai horizontal. Tidak ada gaya vertikal lain.
W = 20(9,81) = 196,2 N.
ΣFᵧ = 0 → N − W = 0
N = 196,2 N.
6.2 Worked Example B — tarikan miring pada benda yang tetap diam
Balok 40 kg ditahan tetap diam sambil ditarik 100 N pada sudut 30° di atas horizontal.
Komponen vertikal tarikan: Tᵧ = 100 sin30° = 50 N.
Berat: W = 40(9,81) = 392,4 N.
ΣFᵧ = 0 → N + 50 − 392,4 = 0
N = 342,4 N. Tarikan ke atas mengurangi gaya normal.
6.3 Worked Example C — dua kabel simetris menopang beban
Beban W ditopang dua kabel identik, masing-masing membentuk sudut θ terhadap horizontal.
Karena sistem simetris, komponen horizontal tegangan saling membatalkan.
ΣFᵧ = 0 → 2T sin θ − W = 0
T = W / (2 sin θ)
Perhitungan sistem kabel dan tegangan secara lebih mendalam dilanjutkan pada Pertemuan 6.
6.4 Kalkulator kondisi statis
Kalkulator normal sederhana pada bidang horizontal
Fᵧ eksternal adalah jumlah gaya vertikal selain N dan W. Gunakan positif untuk gaya ke atas dan negatif untuk gaya ke bawah.
Validator keseimbangan gaya dua dimensi
Masukkan jumlah komponen gaya yang sudah Anda hitung berdasarkan Diagram Benda Bebas.
Kalkulator hanya untuk verifikasi. Diagram Benda Bebas dan persamaan keseimbangan harus tetap ditulis secara manual.
Latihan Tujuan Pembelajaran 6A — normal sederhana
Balok 25 kg diam di lantai tanpa gaya vertikal lain. Gunakan g = 9,81 m/s².
Jawaban: W = 245,25 N dan N = 245,25 N.
Latihan Tujuan Pembelajaran 6B — tarikan ke atas
Balok 30 kg diam. Sebuah gaya vertikal 40 N menarik ke atas. Tentukan N.
Jawaban: W = 294,3 N; N + 40 − 294,3 = 0; sehingga N = 254,3 N.
Rangkuman Pertemuan 5 — Gaya, Hukum I Newton, dan Diagram Benda Bebas
Hubungan utama
Berat
W = mg
Kondisi statis
ΣF = 0
Arah x
ΣFₓ = 0
Arah y
ΣFᵧ = 0
Arah gaya umum
Wke bawah
Ntegak lurus permukaan
Tsepanjang kabel
fsejajar permukaan
Kalimat kunci Pertemuan 5: pilih sistem → identifikasi interaksi → gambar Diagram Benda Bebas → pilih sumbu →
gunakan Hukum I Newton untuk kondisi statis → pastikan jumlah gaya pada setiap arah nol.
Cek konsep cepat
Pernyataan
Keputusan
Alasan
Jika benda diam dan tetap statis, resultan gaya harus nol.
Benar
Sesuai penerapan Hukum I Newton pada kondisi statis.
Normal selalu sama dengan berat.
Salah
Nilai normal bergantung pada semua gaya pada arah normal.
Gaya normal selalu tegak lurus permukaan kontak.
Benar
Itulah karakter arah gaya normal.
Tegangan kabel bekerja sepanjang arah kabel.
Benar
Arah tegangan mengikuti kabel.
Diagram Benda Bebas boleh memuat perpindahan sebagai panah gaya.
Salah
Diagram Benda Bebas hanya memuat gaya eksternal pada sistem.
Persamaan keseimbangan sebaiknya ditulis sebelum Diagram Benda Bebas.
Salah
Diagram Benda Bebas dibuat lebih dahulu agar tidak ada gaya yang hilang atau salah arah.
Beban belajar sesuai Rencana Pembelajaran Semester
Tatap muka / terbimbing
100 menit
Penugasan terstruktur
120 menit
Belajar mandiri
120 menit
Total Pertemuan 5
340 menit
Metode
Demonstrasi, think-pair-share, latihan menyusun Diagram Benda Bebas
Modalitas
Bauran
Penilaian
Formatif 0%
Tugas belajar Pertemuan 5
Penugasan terstruktur — 120 menit
Pilih empat situasi statis: benda di lantai, benda ditarik miring tetapi tetap diam,
beban tergantung kabel, dan benda pada bidang miring. Untuk setiap situasi:
tentukan sistem, daftar interaksi, gambar Diagram Benda Bebas, pilih sumbu, lalu tulis
ΣFₓ = 0 dan ΣFᵧ = 0.
Belajar mandiri — 120 menit
Buat satu halaman peta konsep: sistem → interaksi → gaya → Diagram Benda Bebas → sumbu → ΣF = 0 → validasi.
Evidence yang harus dihasilkan
benda/sistem yang dianalisis dinyatakan jelas;
daftar interaksi eksternal;
Diagram Benda Bebas dengan arah dan nama gaya;
sumbu analisis;
komponen gaya bila diperlukan;
persamaan ΣFₓ = 0 dan/atau ΣFᵧ = 0;
hasil numerik dengan satuan yang benar;
interpretasi singkat mengapa kondisi tersebut statis.
Checklist penguasaan Pertemuan 5
0 dari 10 indikator tercapai0%
Checklist ini hanya tersimpan pada browser/perangkat dan bukan progres atau nilai resmi sistem perkuliahan.
Jembatan ke Pertemuan 6
Pertemuan 5 membangun kemampuan mengidentifikasi gaya, menggambar Diagram Benda Bebas, dan menerapkan kondisi statis.
Pertemuan 6 memperdalam tiga gaya kontak yang sering muncul pada konstruksi:
tegangan, normal, dan gaya gesek.
Pertemuan 5: Gaya + Hukum I Newton + Diagram Benda Bebas → Pertemuan 6: Tegangan + Normal + Gaya Gesek
Diagram Benda Bebas yang benar menjadi fondasi Pertemuan 6. Karena itu mahasiswa harus sudah mampu menentukan sumber dan arah setiap gaya tanpa mengandalkan hafalan.