Gaya-gaya dasar di alam

Gaya-gaya yang bekerja di alam dapat digolongkan menjadi 4 golongan besar yaitu :

1. Gaya Gravitasi

2. Gaya Elektromagnetik

3. Gaya Nuklir kuat (gaya hadronik)

4. Gaya Nuklir lemah

Gaya Gravitasi

Gaya gravitasi antara bumi dengan benda-benda yang ada dipermukaan atau dekat permukaan bumi adalah berat benda. Gaya gravitasi yang dikerjakan oleh matahari terhadap bumi dan planet-planet lain bertanggung jawab untuk mempertahankan planet-planet agar tetap pada orbitnya mengelilingi matahari. Demikian juga gaya gravitasi bumi terhadap bulan juga menjaga bulan dalam orbitnya yang berbentuk hampir mendekati lingkaran mengelilingi bumi. Gaya gravitasi yang dilakukan oleh bulan dan bumi terhadap air laut dipemukaan bumi bertanggung jawab terhadap timbulnya pasang surut dan pasang naik air laut di permukaan bumi.

Gaya Elektromagnetik

Gaya elektromagnetik meliputi gaya listrik dan gaya magnet. Apabila kita menggosokan sebuah penggaris plastik ke rambut, maka penggaris akan bermuatan listrik statis sehingga penggaris dapat menarik potongan kertas kecil yang ada di dekatnya. Walaupun gaya magnet yang dapat menarik logam besi berbeda dengan gaya listrik, gaya magnetik muncul bila muatan listrik dalam keadaaan bergerak. Gaya elektromagnetik antara partikel elementer yang bermuatan sangat lebih besar dari pada gaya gravitasi di antara partikel elementer sehingga dapat hampir selalu diabaikan. Sebagai contoh, gaya tolak elektrostatik antara 2 buah proton berorde 10^36 kali tarikan gravitasi antara 2 proton.

Gaya Nuklir Kuat (Gaya Hadronik)

Gaya nuklir kuat terjadi antara partikel-partikel elementer yang dinamakan hadron, yang di dalamnya termasuk proton dan neutron, unsur pokok inti atom. Gaya ini bertanggung jawab untuk mengikat inti menjadi satu. Sebagai contoh, kedua proton dalam atom helium terikat lewat gaya nuklir yang kuat, yang lebih dari mengimbangi tolakan elektrostatis proton. Namun gaya nuklir kuat mempunyai jangkauan yang sangat pendek. Gaya ini berkurang dengan cepat bersamaan dengan pemisahan partikel-partikel, dan dapat diabaikan jika partikel terpisah sejauh beberapa diameter nuklir.

Gaya Nuklir lemah

Gaya nuklir lemah , yang juga mempunyai jangkauan yang pendek, terjadi antara elektron dengan proton atau neutron. Gaya ini bertanggung jawab untuk jenis peluruhan radioaktif tertentu yang dinamakan peluruhan beta.

Gaya-gaya dasar bekerja di antara partikel-partikel yang terpisah dalam ruang. Konsep ini dihubungkan dengan aksi pada suatu jarak. Newton menganggap, aksi pada suatu jarak sebagai suatu cacat dalam teori gravitasinya (teori gravitasi Newton akan kita bahas kemudian), tetapi ini menolak untuk memberikan hipotesis yang lainnnya.

Aksi dalam suatu jarak dapat kita pahami dalam konsep medan. Sebagai contoh kita dapat menganggap tarikan bumi oleh matahari dalam 2 langkah. Matahari menciptakan suatu kondisi dalam ruang yang kita namakan medan gravitasi. Medan ini menghasilkan gaya pada bumi. Jadi, medan ini adalah perantara. Dengan cara yang sama, bumi menghasilkan medan gravitasi yang mengerjakan sebuah gaya pada matahari. Jika bumi bergerak ke suatu posisi yang baru, medan bumi berubah. Perubahan  ini tidak dirambatkan langsung lewat ruang, tetapi dengan kelajuan c = 300.000.000 m/s, yang juga adalah laju kecepatan cahaya. Jika kita dapat mengabaikan waktu yang dibutuhkan untuk perambatan medan ini, kita dapat mengabaikan perantara ini dan memperlakukan gaya-gaya gravitasi seakan-akan mereka dikerjakan oleh matahari dan bumi langsung satu terhadap yang lainnya.  Sebagai contoh selama 8 menit yang dibutuhkan untuk perambatan medan gravitasi dari bumi ke matahari, bumi bergerak hanya melewati sebagaian kecil dari total orbitnya mengelilingi matahari.

Gaya Kontak.

Kebanyakan dari gaya sehari-hari yang kita amati pada benda-benda makroskospis adalah gaya kontak yang dikerjakan pegas, tali dan permukaan yang kontak langsung dengan benda. Gaya – gaya adalah hasil gaya molekuler yang dilakukan oleh molekul-molekul sebuah benda pada molekul benda yang lain. Gaya molekuler ini sendiri adalah perwujudan yang rumit dari gaya elektromagnetik dasar.

Gaya dikerjakan oleh sebuah pegas ketika di diregangkan atau ditekan adalah hasil dari gaya intermolekuler yang rumit yang ada di dalam material penyusun pegas. Jika pegas ditekan atau diregangkan kemudian dilepaskan, pegas akan kembali ke panjang awal, jika perpindahan tidak melampaui batas regangan pegas. Ada suatu batas untuk suatu pegas, jika pegas ditekan atau diregangkan melewati batas ini maka pegas tidak akan kembali ke posisi awalnya. Batas ini biasanya disebut daerah elastis pegas. Dalam daerah elastis pegas ini berlaku hukumk Hooke yang menyatakan gaya yang dikerjakan pada sebuah pegas sebanding dengan ∆x dan dalam arah yang berlawanan atau secara matematis dapat di tulis :

k adalah konstanta pegas (N/m) . Gaya yang timbul pada pegas yang ditekan atau diregangkan disebut gaya pemulihan karena gaya ini cendrung untuk memulihkan pegas ke konfigurasi awalnya.

Gaya yang dikerjakan oleh pegas serupa dengan gaya yang dikerjakan oleh satu atom pada atom lain dalams sebuah molekul atau zat padat dalam arti bahwa untuk perpindahan yang kecil dari kesetimbangan, gaya pemulih sebanding dengan perpindahan. Seringkali berguna untuk menvisualisasikan atom-atom dalam sebuah molekul atau zat padat seperti atom-atom yang dihubungkan oleh pegas seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 1 model zat padat yang terdiri dari atom-atom yang dihubungkan dengan menggunakan pegas, sumber : http://labman.phys.utk.edu/phys136/modules/m2/temperature.htm

Jika kita menarik sebuah tali yang fleksibel, tali meregang sedikit dan menarik kembali dengan gaya yang sama tetapi berlawanan (kecuali tali putus). Kita dapat membayangkan tali sebagai pegas dengan konstanta gaya yang demikian besarnya hingga perpanjangan tali diabaikan. Namun, karena tali fleksibel, kita tidak dapat mengerjakan gaya tekan padanya. Jika kita mendorong sebuah tali, tali hampir tidak melentur atau melengkung.

Jika dua benda saling bersinggungan, benda-benda tersebut mengerjakan gaya satu terhadap  yang lain sehubungan dengan interaksi molekul sebuah benda dengan molekul benda lain. Perhatikan sebuah balok yang diam di atas meja horizontal. Berat balok akan menarik balok ke bawah, menekannya pada meja. Karena molekul-molekul dalam meja mempunyai resistensi kompresi yang besar, maje mengerjakan gaya ke atas pada balok dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah. Gaya ini tegak lurus pada bidang tekan dan disebut dengan gaya normal (normal artinya tegak lurus). Jika kita ukur secara teliti, maka permukaan meja yang tertekan akan melengkung sedikit sebagai tanggapan atas suatu beban, tetapi oleh mata telanjang, lengkungan ini tidak terlihat.

Dalam keadaan tertentu, benda-benda yang bersinggungan akan mengerjakan gaya satu terhadap yang lain yang sejajar dengan permukaan yang bersinggungan. Komponen sejajar dengan gaya kontak yang dikerjakan oleh 2 benda yang bersinggungan dinamakan gaya gesekan.

Gambar 3 gaya berat dan gaya normal, kedua gaya ini bukanlah pasangan aksi dan reaksi.

Gambar 4 gaya gesekan kinematik berlawanan dengan arah gerak benda

Sumber : Tulisan ini sebagaian besar diambil dari buku Fisika untuk sains dan teknik karangan Tipler, terbitan Erlangga (terjemahan)

 

About these ads