Gerak harmonik
sederhana tak pernah luput dari pembelajaran pada masa sekolah menengah maupun
jenjang perkuliahan. Jika dihubungkan dengan konsep kehidupan sehari-hari juga
gerak harmonik sederhana memegang peranan penting.
Salah satu jenis gerakan yang paling sederhana disebut gerak harmonik
sederhana (GHS) atau simple harmonic oscillation (SHO). Mengapa dinamakan
Harmonik sederhana? Sesuai dengan pengertian perkatanya yaitu harmonik yang
artinya bentuk/pola yang selalu berulang pada waktu tertentu dan sederhana
diartikan bahwa anggapan tidak ada gaya disipasi, sehingga amplitudo dan energi
tetap/kekal
Gerak Harmonik
Sederhana adalah gerak periodik bolak balik
dengan lintasan yang ditempuh selalu sama (tetap) berpusat pada satu titik
(titik setimbang). Gerak Harmonik Sederhana mempunyai persamaan gerak dalam
bentuk sinusoidal dan digunakan untuk menganalisis suatu gerak periodik
tertentu. Gerak harmonis sederhana yang dapat dijumpai dalam kehidupan
sehari-hari adalah getaran benda pada pegas dan getaran benda pada ayunan
sederhana.
Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu :
- Gerak Harmonik Sederhana Linier, pergerakannya ada pada satu garis lurus vertikal maupun horizintal. Misalnya penghisap dalam silinder gas, gerak osilasi air raksa / air dalam pipa U, gerak horizontal / vertikal dari pegas (pegas pada mobil), dan sebagainya.
GERAK HARMONIK SEDERHANA LINIER |
- Gerak Harmonik Sederhana Angular, pergerakannya mengayun membentuk pola setengah lingkaran ataupun bisa saja perputaran. Misalnya gerak bandul/ bandul fisis(bandul jam), osilasi ayunan torsi, dan sebagainya.
GERAK HARMONIK SEDERHANA ANGULAR |
C. BESARAN GERAK
HARMONIK SEDERHANA
Besaran fisika pada Gerak Harmonik Sederhana pada pegas pada dasarnya sama
dengan ayunan sederhana, yakni terdapat periode, frekuensi dan amplitudo. Jarak
x dari posisi setimbang disebut simpangan. Simpangan maksimum alias jarak
terbesar dari titik setimbang disebut amplitudo (A). Satu getaran Gerak
Harmonik Sederhana pada pegas adalah gerak bolak balik lengkap dari titik awal
dan kembali ke titik yang sama.
1. Perpindahan
Bola mulai dari sumbu x pada x = +A dan bergerak menempuh sudut θ dalam
waktu t. Karena gerak ini merupakan gerak melingkar beraturan, maka bola
bergerak dengan laju sudut konstan w (dalam rad/s). Akibatnya dapat dinyatakan,
θ = wt. Perpindahan bayangan pada arah x adalah proyeksi jari-jari lingkaran A
pada sumbu
2. Periode (T)
Waktu yang dibutuhkan oleh benda yang bergerak harmonik sederhana untuk
menempuh satu putaran penuh disebut perioda.
Besar perioda bergantung pada laju sudut bola ω. Semaik besar sudut, semakin
singkat waktu yang diperlukan untuk menempuh satu putaran.
Hubungan antara ω dan T diperoleh dari ω = Δθ/Δt, sehingga :
3. Frekuensi (f)
Selain periode, terdapat juga frekuensi alias banyaknya getaran yang
dilakukan oleh benda selama satu detik. Frekuensi menunjukkan seberapa “cepat”
Gerak Harmonik Sederhana berlangsung, dalam grafik y-t frekuensi yang lebih
besar ditunjukkan dengan grafik sinusoidal yang lebih rapat.
Pegas :
Bandul :
4. Amplitudo (A)
Amplitudo adalah
perpindahan maksimum dari titik kesetimbangan.
AMPLITUDO |
Sebuah pegas jika ditarik atau ditekan dari posisi normalnya akan melawan
dengan gaya tertentu untuk menormalkan dirinya. Gaya ini disebut gaya pemulih
(restoring force), yang besarnya sebanding dengan seberapa besar kita
menarik/menekan pegas tersebut dan arahnya berlawanan dengan arah tarikan kita.
Hubungan ini dirumuskan oleh Robert Hooke:
Simpangan gerak harmonik pada suatu titik merupakan jarak titik tersebut ke
titik seimbang.
Atau
Dimana :
Y = simpangan gerak harmonik (m)
A = amplitudo (m)
ω = kecepatan sudut (rad/s)
T = periode getaran (s)
F = frekuensi getaran (Hz)
t = waktu tempuh (s)
Berbeda dengan
simpangan yang menunujukkan posisi suatu benda, maka kecepatan merupakan
turunan pertama dari posisi.
Nilai kecepatan
v maksimum saat cos ωt = 1, sehingga kecepatan maksimumnya adalah :
Lalu,
kecepatannya di sembarang posisi y atau hubungan kecepatan dengan simpangan
harmonik adalah :
Percepatan dapat dicari dengan mengingat bahwa percepatan adalah turunan
pertama kecepatan terhadap waktu.
Nilai percepatan
(a) akan maksimum pada saat sin ωt = 1, sehingga percepatan maksimumnya adalah
:
Hubungan percepatan
dengan simpangan harmonik :
Gerak Harmonik
Sederhana tidak hanya memiliki persamaan-persamaan, tetapi juga energienergi
yang membarenginya. Apa saja energi itu?
1. Energi
Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang melakukan gerak
harmonik sederhana karena kecepatan geraknya.
Energi kinetik maksimum pada gerak harmonik dicapai ketika berada di titik
setimbang. Sedangkan energi kinetik minimum dicapai ketika berada di titik
balik.
2. Energi
Potensial
Besarnya energi potensial adalah energi yang dimiliki gerak harmonik
sederhana karena simpangannya. Secara matematis energi potensial yang dimiliki
gerak harmonik dirumuskan sebagai berikut :
Energi maksimumnya terjadi pada gerak yang dicapai ketika berada di titik
baliknya.
3. Energi
Mekanik
Energi ini
merupakan hasil penjumlahan energi kinetik dan potensial.
Berdasarkan
persamaannya, energi mekanik suatu benda yang bergerak harmonik tidak bergantung
waktu dan tempat. Jadi, energi mekanik sebuah yang bergerak dimanapun besarnya
sama.
ENERGI MEKANIK |
Semua benda yang
bergetar di mana gaya pemulih F berbanding lurus dengan negatif simpangan (F =
-kx), maka benda tersebut dikatakan melakukan gerak harmonik sederhana (GHS)
alias Osilator Harmonik Sederhana (OHS).
Pengaplikasian gerak harmonik cukup banyak dalam kehidupan berupa alat
bantu manusia. Berikut beberapa aplikasinya :
1. Shock
Absorber (pegas)
Peredam kejut pada mobil memiliki komponen pegas yang terhubung pada piston dan dipasangkan dekat roda
kendaraan. Hal ini membantu untuk mengendalikan atau meredam guncangan pada
roda.
2. Jam bandul
Karena tidak menggunakan baterai, jam bandul bekerja dengan memanfaatkan
tenaga gravitasi atau pegas. Baik jam pegas atau jam rantai memiliki mekanisme
pemutar dan terdapat roda gigi yang berputar dan menggerakkan jarum jam seperti
halnya bandul yang bergerak kekiri dan kekanan.
3. Pita elastis
Berkalu seperti pegasmirip dengan sistem massa pegas. Keduanya akan
bergetar dari titik setimbangnya hingga gaya gesekan mengeluarkan daya redam.
Strukturkaret membuatnya memiliki energi potensial elastis yang tinggi sehingga
dapat diaplikasikan ke penggunaan kabel bugee jumping.
4. Trampolin
Bahan trampolin merupakan pegas yang tingkat elastisitasnya tinggi. Ditarik
dari posisi setimbang,pegas mendapatkan energi potensial elastisnya. Energi ini
pula yang mendorong seseorang memantul kembali ke atas.
5. Garpu tala
Perbedaan ukuran garpu tala menyebabkannya menghasilkan titinada yang
berbeda pula. Makin besar massa garpu tala semakin rendah frekuensi osilasi dan
makin rendah pula nada yang dihasilkan.
6. Jam mekanik
Pada roda keseimbangan dari suatu jam mekanik memiliki komponen pegas yang
akan memberikan suatu torsi pemulih yang sebanding dengan perpindahan sudut dan
posisi kesetimbangan. Gerak ini merupakan gerak harmonik sederhana jenis
angular.
artikel ini disalin lengkap dari: http://softilmu.blogspot.co.id/2015/11/Pengertian-Jenis-Besaran-Rumus-Simpangan-Energi-Aplikasi-Contoh-GERAK-HARMONIK-SEDERHANA-Adalah.html
halaman utama website: http://softilmu.blogspot.co.id/
jika mencari artikel yang lebih menarik lagi, kunjungi halaman utama website tersebut. Terimakasih!
No comments:
Post a Comment