Gaya Hambat Medium ǀ Pengertian, Persamaan, Kelajuan Terminal, Contoh Soal & Pembahasan

Medium sebagai lingkungan tempat benda bergerak masih kita abaikan pada bab kinematika atau gaya sebelumnya. Lantas, apa pengaruh medium pada gerak benda? Hambatan angin atau tingkat kekentalan medium membuat percepatan benda berkurang. Medium tersebut hadir untuk memberikan gaya hambat (resistive force) R pada gerak benda. Berikut pengertian, persamaan, kelajuan terminal, contoh soal, & pembahasannya.

Gaya hambat R akan semakin besar seiring bertambahnya kelajuan (percepatan) benda. Contohnya saat seseorang mengendarai motor. Udara akan memberikan gaya hambat R untuk pengendara. Semakin kelajuan bertambah, hambatan udara akan semakin besar. Gaya hambat R akan tetap saat kelajuan konstan. Bagaimana jika kita mengganti udara dengan air atau lumpur?

Arah gaya hambat R akan berlawanan dengan gerak relatif benda. Gaya hambat angin (air drag) R akan memiliki arah yang berlawanan dengan arah pengendara. Pembahasan ini akan berbeda dengan angin yang sudah bergerak sebelumnya atau air yang sudah berarus sebelumnya. Medium yang sudah bergerak sebelumnya akan memberikan gaya lain selain gaya hambat.

ASUMSI

Massa benda sangat mempengaruhi gaya hambat R. Apalagi untuk gerak vertikal karena disana muncul berat benda akibat adanya percepatan gravitasi. Kita memiliki dua asumsi : 1) R sebanding dengan kelajuan benda yang bergerak, untuk benda kecil seperti debu yang jatuh perlahan ke dalam air atau udara, 2) R sebanding dengan kuadrat kelajuan benda yang bergerak, untuk benda besar yang jatuh di udara.

Ingat! Kecepatan mengandung unsur nilai dan arah sehingga kita menggunakan kata “kelajuan” untuk merujuk pada besar nilai kecepatan saja.

GAYA HAMBAT R SEBANDING DENGAN KELAJUAN BENDA

Sebuah partikel kecil jatuh ke dalam tangki air. Kita asumsikan gaya hambat R yang bekerja pada partikel sebanding dengan kelajuan benda. Gambar dan persamaan gayanya dinyatakan sebagai berikut.

Gambar 1.1.a. Partikel Kecil Jatuh ke dalam Tangki Air, 
Gambar 1.1.b. Diagram Gaya Pertikel, 
Gambar 1.1.c. Grafik Kelajuan Partikel Jatuh. Partikel mendekati kecepatan terminal saat a mendekati nol.
Partikel tidak pernah benar-benar mencapai kecepatan terminal ataupun percepatan nol.
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Gambar 1.2 Persamaan Gaya Hambat saat Sebanding dengan Kelajuan Benda (Partikel Bermassa Kecil pada Kelajuan Kecil)
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Saat percepatan sama dengan nol, kelajuan akan konstan atau kelajuan sama dengan kelajuan terminal. Tetapi pada faktanya percepatan gravitasi akan tetap ada walaupun kecil sehingga percepatan tetap ada. Kelajuan akan berubah kecil sekali sehingga benda hanya akan mendekati kelajuan terminalnya, bukan benar-benar sama dengan kelajuan terminalnya.

Ingat! Pada dunia nyata. Gaya yang bekerja dapat bergantung pada posisi partikel tersebut, seperti pada kasus munculnya percepatan gravitasi berbeda pada setiap ketinggian. Gaya juga dapat bergantung pada kecepatan, seperti gaya hambat R yang besarnya bergantung pada kecepatan relatif benda. Tidak selamanya percepatan dan kecepatan bergantung pada gaya.

Kita tahu ada gaya apung yang arahnya ke atas dimana ia sebanding dengan berat air yang dipindahkan benda (berat semu benda). Jadi pasangan gaya ini kita akan abaikan dulu. Kita akan membahas gaya apung pada bab fluida statis.

CONTOH SOAL R SEBANDING KELAJUAN BENDA

Benda bermassa 2,00 gr jatuh dalam wadah besar berisi minyak. Benda tersebut bergerak dalam minyak dan mendapat gaya berlawanan yang sebanding dengan kecepatannya. Benda tersebut mencapai kelajuan terminal 5,00 cm/s. Tentukan konstanta waktu т dan kapan benda mencapai 90,0 % dari kelajuan terminalnya

Gambar 1.3. Pembahasan Soal Gaya Hambat sebanding dengan Kelajuan Benda (Partikel Bermassa Kecil dan Kelajuan Kecil)
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

GAYA HAMBAT R SEBANDING DENGAN KUADRAT KELAJUAN BENDA

Benda yang bermassa besar dan bergerak dengan kelajuan tinggi seperti tendangan bola, gerak mobil, atlet skysurfing, atau pesawat memiliki gaya hambat yang sebanding dengan kuadrat kelajuannya.

Seorang skysurfer terjun bebas dari ketinggian tertentu. Ia melesat jatuh tanpa parasut. Saat ia mulai terjatuh, ia melakukan dorongan untuk menjatuhkan diri. Aksi ini membuat kelajuan jatuh bertambah atau muncul percepatan diluar percepatan gravitasi.

Gambar 1.4. Persamaan Gaya Hambat saat Sebanding dengan Kuadrat Kelajuan Benda (Partikel Bermassa Besar pada Kelajuan Tinggi)
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Bagaimana kita dapat tahu bahwa benda mencapai kelajuan terminalnya sedangkan mediumnya tidak berubah?

Beberapa saat setelah jatuh, kelajuan akan konstan dan kelajuan terminal akan didapat skydiver saat gaya netto = nol atau gaya hambat R = gaya beratnya W. Memang terdapat gaya angkat ke atas, tetapi kita dapat abaikan dulu hal ini.

CONTOH SOAL R SEBANDING DENGAN KUADRAT KELAJUAN BENDA

Bola bisbol dilempar oleh seorang pemain dengan kelajuan 40,2 m/s. Bola tersebut memiliki massa 0,145 kg. Tentukan gaya hambat R pada benda.

Gambar 1.5. Pembahasan Soal Gaya Hambat saat Sebanding dengan Kuadrat Kelajuan Benda (Partikel Bermassa Besar dan Kelajuan Tinggi)
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Baca juga: Bilangan Euler, Metode Euler, Ln, Log ǀ Pengertian, Hubungan, Persamaan, Contoh Soal, & Penerapan dalam Fisika


Gaya hambat medium hadir karena kerapatan yang dimiliki media tersebut. Berbagai variasi persamaan gaya hambat ini kita dapatkan dari penurunan di atas. Semakin laju maka gaya hambatnya akan semakin besar. Percepatan yang terjadi akan semakin berkurang dan diperlambat. Ketika percepatan mendekati nol, disanalah kelajuan benda akan = kelajuan terminalnya.

Share this post