1. Kinematika
Jika kita amati sebuah bola basket yang di lemparkan ke dalam
sebuah keranjang, maka tampak bahwa bola basket tersebut letaknya berpindah
dari satu tempat ke tempat lain. Kita dapat menentukan letak bola basket pada
setiap saat dengan cara menyelidiki letak bola basket sebagai fungsi waktu. Cara menyelidiki dan
menyatakan gerak benda tanpa memandang penyebabnya, merupakan bagian Mekanika
yang di sebut Kinematika.
2. Hukum Gravitasi Newton
Apabila kita perhatikan kejadian – kejadian yang
terjadi dalam kehidupan sehari – hari, misalnya kelapa jatuh dengan sendirinya
dari pohonnya, bola yang di lempar lurus keatas akan kembali lagi ke titik
lemparannya, seorang penerjun payung setelah melompat dari pesawat yang sedang
terbang akan jatuh ke bawah menuju permukaan bumi. Pada dasarnya semua hal
tersebut dapat terjadi karena kehendak sang maha pencipta. Namun, secara ilmu
pengetahuan hal tersebut dapat terjadi karena adanya Gaya Gravitasi.
Jika sebuah peluru meriam di tembakkan secara
horizontal dari sebuah gunung yang sangat tinggi dan tidak ada hambatan udara,
dan tidak ada gravitasi, maka peluru meriam akan bergerak menempuh lintasan
garis lurus. Karena terdapat gravitasi, maka peluru meriam akan bergerak
kebawah dengan lintasan garis lurus dan akhirnya jatuh ke permukaan bumi.
Sekarang jika peluru meriam tersebut di tembakkan
secara horizontal lagi dengan kecepatan yang lebih besar, maka peluru meriam
akan menempuh lintasan yang lebih jauh dari lintasan sebelumnya sampai akhirnya
jatuh ke permukaan bumi. Jika terdapat sebuah kelajuan pada peluru meriam
sehingga peluru meriam dapat bergerak mengelilingi bumi sesuai dengan
lengkuangan bumi. Kemudian jika kelajuan peluru meriam di perbesar lagi maka
peluru meriam akan bergerak mengelilingi bumi tanpa saling bertubrukan dan
kemudian menjadi orbit satelit dalam gerak melingkar. Apabila pada saat
peluncuran kelajuan peluru meriam sangat besar, maka peluru meriam akan
mengorbit bumi dalam lintasan elips.
Berdasarkan pemisalan tersebut, terbukti bahwa gaya
gravitasi menjaga peluru meriam untuk tetap berada dalam lintasan melingkarnya,
karena apabila tidak ada gaya gravitasi yang bekerja pada peluru meriam, akan
menyebabkan peluru meriam bergerak mengikuti lintasan garis lurus.
Gerak jatuhnya peluru meriam ke bumi akibat adanya
gaya gravitasi merupakan analogi dari gerak bulan mengorbit bumi. Jika orbit
bulan dapat di analogikan dengan jatuhnya peluru meriam, maka orbit bulan juga
dapat di analogikan dengan jatuhnya benda di atas permukaan bumi.
Setelah menemukan bahwa gravitasi bumi berpengaruh
terhadap bulan, Newton mencoba membandingkan besar gaya gravitasi bumi yang
menarik bulan, dan benda – benda pada permukaan bumi. Dari penelitiannya Newton
menyimpulkan bahwa gaya gravitasilah yang menyebabkan bulan dapat tetap berada
pada orbit lingkarannya saat mengitari bumi dan yang menyebabkan planet –
planet dapat mengitari matahari dengan tetap berada dalam lintasan elipsnya.
3. Gaya Pegas
Apabila kita memperhatikan, ketika kita tidur di atas
kasur pegas, kasur pegas tersebut akan mengalami perubahan bentuk. Tetapi
setelah kita bangun, maka kasur pegas tersebut akan kembali ke bentuk semula.
Hal ini dapat terjadi karena kasur tersebut terdiri dari pegas – pegas yang
mempunyai sifat dapat berubah bentuk ketika di beri gaya, dan ketika gaya ini
di hilangkan, maka bentuknya akan
kembali ke semula. Dalam fisika kemampuan suatu benda untuk kembali ke
bentuk awalnya setelah gaya luar yang di berikan pada benda itu di hilangkan
(dibebaskan) di namakan elastisitas.
Benda – benda yang elastis mempunyai batas – batas
elastisitasnya. Sebagai contoh , jika sebuah kasur pegas dipakai selama
bertahun – tahun secara terus menerus, pada suatu saat kasur tersebut tidak
mampu lagi kembali ke bentuk semula. Ini menunjukan bahwa kasur pegas mempunyai batas
elastisitas.
Panah merupakan alat yang memanfaatkan sifat elastis
suatu benda. Tali yang di gunakan pada busur panah harus mempunyai sifat
elastis sehingga tarikan pada tali tersebut akan menghasilkan energi yang dapat
di gunakan untuk melepaskan anak panah secara tepat. Jika tali panah di tarik
dengan gaya yang besar berpengaruh pada jauh dekatnya anak panah akan terlepas.
Oleh karena itu, pada zaman dahulu panah di gunakan sebagai senjata dalam
peperangan. Jengiz Khan ( sekitar 1167 – 1227 ) adalah raja yang pertama kali
menggunakan panah dalam perang dan panah yang di gunakan dalam perang terakhir
kali oleh bangsa Cina pada tahun 1860. Akan tetapi, saat ini kegiatan memanah
merupakan suatu kegiatan olahraga yang di lombakan dalam olimpiade, kejuaraan
dunia, dan PON di Indonesia.
4. Usaha dan Energi
Dalam kehidupan sehari – hari mungkin kita pernah
melihat air terjun, air terjun yang
begitu indah ternyata menyimpan kekuatan yang dapat di gunakan untuk
membangkitkan listrik. Air yang berada pada ketenggian tertentu memiliki energi
potensial. Semakin tinggi tempatnya , semakin besar energi potensial yang di
milikinya. Air terjun memiliki energi potensial yang cukup besar karena
tempatnya tinggi dan airnya yang mengalir besar. Karena itu air terjun dapat
memutar turbin yang di pasang di bawah air terjun. Turbin ini di hubungkan
dengan sebuah generator yang mampu mengubah energi kinetik yang di hasilkan
turbin menjadi energi listrik. Energi listrik yang di hasilkan dapat di gunakan
untuk menyalakan lampu, menghidupkan televisi, menyetrika pakaian dan menghidupkan
barang elekronik lainnya.
Dalam fisika, kata usaha memiliki pengertian yang
berbeda dengan pengertian dalam kehidupan sehari hari. Dalam kehidupan sehari –
hari, usaha di artikan sebagai segala
sesuatu yang di kerjakan manusia. Sedangkan dalam fisika, usaha di definisikan sebagai gaya yag bekerja pada
sebuah benda yang menyebabkan benda tersebut berpindah. Sehingga, apabila suatu
gaya bekerja pada benda namun, benda tersebut tidak berpindah, maka di katakan
bahwa gaya tersebut tidak melakukan usaha. Sebagai contoh, sekelompok orang
yang akan mendorong sebuah mobil pada gambar di atas. Sekelompok orang tersebut
mencoba untuk mendorong mobil dengan mengerahkan seluruh tenaga mereka tetapi
mobil tersebut tidak begerak sama sekali. Dalam keseharian, sekelompok orang
tersebut di katakan telah melakukan usaha. Ini tampak sekolompok orang yang
letih karena telah mengeluarkan sebagian energi kimianya. Tetapi dalam fisika
sekelompok orang tersebut di katakan tidak melakukan usaha pada mobil, karena
mobil tidak bergerak.
Energi kinetik adalah adalah energi yang di miliki
suatu benda karena gerakannya. Berdasarkan pengertian tersebut, kita dapat
mengatakan bahwa semua benda yang bergerak mempunyai energi kinetik. Besar
energi kinetik yang di miliki oleh suatu benda di pengaruhi oleh massa benda
dan kecepatan gerak bendanya. Contohnya Motor yang sedang bergerak memiliki
energi kinetik.
Jika kita sedang bermain bola, kemudian tanpa sengaja
kita terkena lemparan bola tersebut yang bergerak pelan, mungkin lemparan
tersebut tidak menyakitkan bagi kita. Namun, apabila lemparan bola tersebut
kencang, tentunya akan menyakitkan kita. Hal tersebut menunjukan bahwa semakin
besar kecepatan benda semakin besar juga energi kinetiknya. Apabila bola yang
mengenai kita tadi di ganti dengan bola basket tentunya akan lebih menyakitkan
kita, karena massa bola basket lebih besar daripada massa bola kasti. Hal ini
menunjukkan bahwa energi kinetik juga bergantung pada massa benda. Semakin
besar massa benda, semakin besar juga energi kinetiknya.
Apabila dua orang pemanjat yang beratnya sama,
memanjat sebuah tebing, maka di katakan ke dua orang tersebut melakukan usaha
yang sama besar. Jika orang pertama menaiki tebing lebih cepat dari orang ke
dua, maka di katakan orang pertama melakukan usaha lebih cepat dari usaha yang
di lakukan oleh orang ke dua. Karena laju usaha di sebut daya, maka orang
pertama memiliki daya yang lebih besar daripada orang ke dua.
5. Momentum dan Implus
Roket dapat meluncur karena adanya gaya aksi – reaksi
yaitu ketika roket menyemburkan gas panas dan hasil pembakaran bahan bakar
roket, gas panas yang tersembur inilah yang memberikan dorongan terhadap roket.
Gaya dorong yang di berikan mesin roket pada roket
bekerja berdasarkan implus yang di berikan oleh roket. Pada peluncuran roket
berlaku hukum kekekalan momentum, yaitu pada saat mesin roket di nyalakan, gas
panas yang di hasilkan dari hasil pembakaran bahan bakar mendapatkan momentum
yang arahnya ke bawah dan roket akan mendapatkan momentum yang besarnya sama
dengan arah yang berlawanan dengan arah buang dari gas panas tersebut. Pada
peluncuran roket terjadi perubahan massa selama geraknya. Hal ini karena pada
dasarnya gaya dorong roket ditimbulkan dari perubahan massa roket tiap satuan
waktu selama geraknya.
6. Fluida
Semakin dalam suatu tempat di bawah permukaan laut,
semakin besar tekanan hidrostatisnya, sehingga benda – benda atau makhluk hidup
pada tempat tersebut juga mengalami tekanan yang besar. Oleh karena itu, selain
membawa tabung oksigen, para penyelam menggunakan perlengkapan yang dapat
melindungi dirinya dari tekanan hidrostatis. Perlengkapan yang di gunakan oleh
para penyelam biasanya di buat dari bahan yang kuat dan tahan air, misalnya
terbuat dari bahan karet. Perlengkapan yang di gunakan oleh para penyelam juga
di rancang untuk bergerak bebas dan cepat, untuk menahan gaya ke atas dari air,
dan untuk menjaga keseimbangan suhu tubuh.
Gambar ini menunjukkan sebuah penjepit kertas yang di
letakkan dalam kedudukan seperti diatas tidak tenggelam dan permukaan air (zat
cair) tersebut tampak seperti di tutupi oleh suatu lapisan elastis, hal ini di
sebabkan oleh adanya tegangan permukaan. Kecenderungan permukaan zat cair untuk
meregang sehingga permukaannya terlihat seperti di tutupi oleh suatu lapisan
elastis di sebut dengan tegangan permukaan zat cair.
Partikel – partikel zat cair yang berada di permukaan
cenderung untuk memperkecil luas permukaannya. Hal tersebut dapat di lihat pada
tetesan – tetesan zat cair ( air hujan atau embum ) yang cenderung membentuk
bola ( bulatan kecil ), karena kecenderungan selaput tegangan permukaan untuk
menyusut sekuat mungkin dan dalam bentuk bola zat cair mendapatkan bentuk
dengan daerah permukaan tersempit.
Sebuah pesawat terbang dapat tinggal landas dan
mengudara karena adanya gaya angkat pada pesawat terbang. Gaya angkat pada
pesawat ini di sebabkan oleh adanya aliran udara yang melalui sayapnya. Sayap
pesawat di desain memiliki bagian belakang yang lebih pipih (tajam) di
bandingkan dengan bagian depannya dan sisi bagian atas lebih melengkung dari
pada sisi bagian bawahnya.
Dengan desain seperti itu, pada saat pesawat bergerak
maju kelajuan aliran udara pada bagian atas sayap lebih besar dengan kelajuan
aliran udara pada bagian bawah sayap. Sesuai dengan Asas Bernoulli, apabila
kelajuan aliran udara pada bagian atas sayap lebih besar daripada kelajuan
aliran udara pada bagian bawah sayap, maka tekanan udara di bagian atas sayap
lebih kecil dari pada tekanan udara di bagian bawah sayap. Perbedaan tekanan
ini menghasilkan gaya angkat bagi pesawat.
Pesawat terbang dapat tinggal landas jika gaya angkat
lebih besar dari pada berat pesawat. Apabila pesawat telah berada pada
ketinggian tertentu dan ketinggiannya ingin di pertahankan maka kelajuan
pesawat harus di atur supaya gaya angkat sama dengan berat pesawat.
Besar dan kecilnya gaya angkat ini bergantung pada
besar kecilnya kecepatan pesawat dari hasil gaya dorong mesinnya. Makin besar
kecepatan pesawat, kecepatan udara makin cepat, dan ini berarti kecepatan
bertambah besar sehingga gaya angkat semakin besar. Semakin besar ukuran sayap,
maka gaya angkatnya pun semakin besar.
7. Teori Kinetik Gas dan Termodinamika
Dalam kehidupan sehari –hari terdapat peristiwa –
peristiwa yang berhubungan dengan teori kinetik gas dan termodinamika.
Misalnya, apabila sebuah balon yang sudah di tiup sampai besar di simpan di
tempat yang panas, lama kelamaan akan meletus, karena partikel – partikel gas
yang berada dalam balon terus memuai dan menekan dinding ballon, sehingga
ketika dinding balon sudah tidak mampu lagi menahan tekanan gas, maka balon
akan meletus. Contoh lainnya, apabila kita pergi ke jalan raya, tentu kita
melihat berbagai macam kenderaan, seperti mobil, bus, dan motor. Kenderaan –
kenderaaan tersebut dapat bergerak karena pada kenderaan tersebut terdapat
mesin yang dapat mengubah kalor yang di hasilkan dari proses pembakaran bahan
bakar menjadi energi kinetik.
Penerapan hukum kedua termodinamika adalah mesin uap
pada kereta. Energi panas yang dihasilkan melalui pembakaran batu bara diubah
menjadi energi mekanik yang dapat menggerakkan roda kereta.
Dalam lemari es, yang
berfungsi sebaga reservoir dingin adalah bagian dalam lemari es (tempat
pennyimpanan makanan) sedangkan yang berfungsi sebagai reservoir panas adalah
udara luar di sekitar lemari es. Usaha luar yang di pergunakan untuk
memindahkan kalor dari bagian dalam lemari es ke udara luar diperoleh dari arus
listrik yang bekerja pada sistem.