Gaya Normal ǀ Pengertian, Penurunan Persamaan, Contoh, & Efek Mangkok Penghisap

Seseorang meletakkan sebuah buku di atas meja. Buku tersebut diam tidak bergeser. Kita tahu bahwa gaya berat terjadi pada pusat massa buku. Gaya tersebut menekan meja yang berada di bawahnya. Berdasarkan hukum Newton tentang aksi-reaksi. Meja memberikan gaya reaksi untuk mengimbangi gaya berat buku. Gaya ini disebut gaya normal. Berikut pengertian, penurunan persamaan, contoh kasus sederhana, dan contoh kasus efek mangkok isap (kompleks).

Gaya normal mengimbangi gaya berat buku sehingga buku tetap diam dan tidak amblas ke bawah . Gaya normal adalah gaya reaksi dari benda yang diletakkan pada permukaan tertentu yang arahnya selalu tegak lurus bidang permukaan. Tidak selamanya besar gaya normal sama dengan gaya berat.

Baca sebelumnya : Hukum Newton 3 ǀ Bunyi Hukum, Persamaan Gaya Aksi-Reaksi, & Contoh Kasus

GAYA NORMAL DI ATAS PERMUKAAN BIDANG DATAR

Gaya normal pada benda merupakan gaya yang berada pada komponen y (sumbu y). Tetapi, pada kasus gaya gesek, gaya normal digunakan untuk komponen x karena besarnya sebanding. Persamaan tentang gaya gesek akan dibahas pada sub bab selanjutnya.

Kita ketahui bahwa gaya aksi-reaksi terjadi pada dua benda yang berbeda yaitu, gaya yang diberikan lantai dan gaya berat buku. Gaya tersebut berlawanan arah dan berada pada titik tangkap yang berbeda.

Kita dapat menganalisis persamaan gaya normal dengan hukum Newton 3 atau hukum Newton 2. Jika hukum Newton 3 maka n = -m.g. Tanda negatif hanya sebuah simbol yang menandakan arah gaya keduanya berlawanan. Sah rasanya jika kita cukup menulis n = m.g dengan keterangan “arahnya kedua gaya berlawanan” karena kita hanya ingin mengetahui besarnya.

Berikut analisis persamaan gaya normal berdasarkan hukum Newton 2:

Gambar 1.1. Gaya Normal pada Bidang Datar
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

GAYA NORMAL DI ATAS PERMUKAAN BIDANG DATAR DENGAN GAYA EKSTERNAL (HORISONTAL)

Sebelumnya, buku hanya diletakkan tanpa ada gaya eksternal berupa tarikan atau dorongan. Bagaimana jika gaya tersebut diberikan sehingga gaya pada komponen y bertambah? Hal ini tentu hanya terjadi pada gaya eksternal yang membentuk sudut terhadap garis sumbu. Kita perlu menguraikan gaya tersebut dan memperoleh gaya eksternal untuk komponen y.

Berikut analisis persamaan gaya normal di atas permukaan bidang datar dengan gaya eksternal yang membentuk sudut :

Gambar 1.2. Gaya Normal dengan Gaya Eksternal Fa
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

GAYA NORMAL DI ATAS PERMUKAAN BIDANG DATAR DENGAN GAYA EKSTERNAL (VERTIKAL)

Sebelumnya, kita membahas untuk gerakan secara horisontal. Hal ini akan berbeda saat benda tersebut dipercepat pada sebuah sistem yang vertikal. Percepatan yang dimaksud disini adalah benar-benar percepatan bukan percepatan gravitasi. Tentu percepatan gravitasi juga terlibat, tetapi mari kita simak.

Sebuah lift bergerak naik dengan membawa seorang penumpang bermassa di dalamnya. Lift tersebut bergerak naik dengan gaya yang menyebabkan percepatan ke atas. Berikut analisis persamaan gaya normal benda bermassa dalam lift ke atas atau ke bawah :

Gambar 1.3. Gaya Netto Benda yang Berada di dalam Lift Naik-Turun
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Saat lift naik, anak mengalami percepatan ke atas, tentu terdapat percepatan gravitasi. Percepatan a pada benda bergerak hanya akan ada satu. Massa yang mengalami percepatan dimaksud dalam persamaan adalah massa anak. Anak bergerak bersamaan dengan lift sehingga percepatan anak akan sama dengan percepatan lift.

GAYA NORMAL DI ATAS PERMUKAAN BIDANG MIRING

Gaya normal tidak selalu sama dengan m.g, semua bergantung terhadap analisis gaya. Apakah terdapat tambahan gaya pada komponen y atau tidak? Sumbu x pada gaya normal akan kita buat mengikuti permukaan bidang dan sumbu y tegak lurus terhadapnya.

Berikut analisis persamaan gaya normal pada bidang miring :

Gambar 1.4. Gaya Normal Benda yang Berada pada Bidang Miring
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

GAYA NORMAL DAN TEKANAN ATMOSFER UDARA

Sebuah balok bermassa diam di atas permukaan bidang datar. Gaya normalnya akan berlawanan arah sama besar dengan gaya beratnya. Bagaimana dengan tekanan atmosfer di sekitarnya, tepatnya partikel udara yang berada di atas balok? Bukankah tekanan udara turut menekan balok dari atas yang jelas aranya berlawanan dengan gaya normal.

Hal ini tidak akan terjadi jika permukaan bidang datar tidak benar-benar licin. Partikel udara akan merembes masuk ke dalam sela-sela balok dan lantai. Sehingga tekanan atmosfer akan muncul dari bagian bawah balok yang arahnya ke atas dan seimbang dengan tekanan atmosfer bagian atas balok yang arahnya ke bawah. Bagaimana jika permukaan bidang licin?

Saat permukaan bidang datar licin, pemukaan bawah balok juga licin, dan sedikit lembab maka partikel udara tidak dapat merembes ke sela-sela. Hal ini mengakibatkan “efek mangkok isap” dimana benda melekat sangat kuat di atas pemukaan karena hanya ada tekanan atmosfer dari atas. Contoh pada kehidupan nyata adalah boneka yang digantung di kaca dengan pengisap, alat sedot WC, dan anak panah isap mainan.

Baca juga :
Cara Menurunkan Persamaan Gaya Tegang Tali & Percepatan Katrol ǀ Pesawat Atwood
Gaya Tegang Tali pada Benda Digantung ǀ Pengertian, Analisis Persamaan, & Diagram Gaya
5 Soal & Pembahasan Katrol-Tali Dinamika Partikel pada Lantai ǀ Penurunan Persamaan & Analisisnya
Gaya Gesek Statik & Kinetik ǀ Pengertian, Persamaan, Contoh & Catatan (PERBAIKAN)

KESIMPULAN

Gaya normal muncul sebagai gaya reaksi yang diberikan benda. Besar gaya normal akan sama besar dengan gaya rekasi yang dibeirkan. Contohnya gaya normal = gaya berat, sedangkan contoh efek mangkok isap adalah penerapan yang lebih kompleks lagi.