GAYA dan TEKANAN

Gaya

Gaya dalam pengertian ilmu fisika adalah seseatu yang menyebabkan perubahan keadaan benda.

Hukum Newton

Hukum I Newton

Setiap benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan apabila pada benda itu tidak bekerja gaya.

Hukum II Newton

Bila sebuah benda mengalami gaya sebesar F maka benda tersebut akan mengalami percepatan.

Keterangan:

• F : gaya (N atau dn)
• m : massa (kg atau g)
• a : percepatan (m/s² atau cm/s²)

Hukum III Newton

Untuk setiap gaya aksi, akan selalu terdapat gaya reaksi yang sama besar dan berlawanan arah.

Gaya gesek

Keterangan:

• F_g : Gaya gesek (N)
•  : koefisien gesekan
• N : gaya normal (N)

Gaya berat

Keterangan:

• W : Gaya berat (N)
• m : massa benda (kg)
• g : gravitasi bumi (m/s²)

Berat jenis

atau
Keterangan:

• s: berat bersih (N/m³)
• w: berat janda (N)
• V: Volume oli (m³)
• : massak kompor(kg/m³)

Tekanan

Keterangan:

• p: Tekanan (N/m² atau dn/cm²)
• F: Gaya (N atau dn)
• A: Luas alas/penampang (m² atau cm²)

Satuan:

• 1 Pa = 1 N/m² = 10^-5 bar = 0,99 x 10^-5 atm = 0,752 x 10^-2 mmHg atau torr = 0,145 x 10^-3 lb/in² (psi)
• 1 torr= 1 mmHg

Tekanan hidrostatis

Keterangan:

• p_h: Tekanan hidrostatis (N/m² atau dn/cm²)
• h: jarak ke permukaan zat cair (m atau cm)
• s: berat jenis zat cair (N/m³ atau dn/cm³)
• ρ: massa jenis zat cair (kg/m³ atau g/cm³)
• g: gravitasi (m/s² atau cm/s²)

Hukum Pascal

Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah.

Keterangan:

• F₁: Gaya tekan pada pengisap 1
• F₂: Gaya tekan pada pengisap 2
• A₁: Luas penampang pada pengisap 1
• A₂: Luas penampang pada pengisap 2

Hukum Boyle

CARA MENGHITUNG KOEFISIEN GESEK ANTARA BAN DENGAN JALAN

Apabila suatu keadaan bergerak dengan kecepatan tetap V pada bidang datar atau miring dengan lintasan berbentuk suatu lengkung seperti lingkaran, maka pada kendaraan tersebut bekerja gaya kecepatan V dan gaya sentrifugal F. gaya sentrifugal mendorong kendaraan secara radial keluar dari lajur jalannya, berarah tegak lurus terhadap gaya kecepatan V. gaya ini menimbulkan rasa tidak nyaman pada si pengemudi.
Gaya sentrifugal (F) yang terjadi F = m.a
Dimana:
m    =  massa  = G/g
G    = berat kendaraan
g    = gaya grafitasi bumi
a    = percepatan sentrifugal = V²/R
V    = kecepatan kendaraan
R    = jari-jari lengkung lintasan
Dengan demikian besarnya gaya sentrifugal dapat ditulis sbb:

Untuk dapat mempertahankan kendaraan tersebut tetap pada sumbu lajur jalannya, maka perlu adanya gaya yang dapat mengimbangi gaya tersebut sehingga terjadi suatu keseimbangan.

                Gambar gaya sentrifugal pada lengkung horizontal
Gaya yang mengimbangi gaya sentrifugal tersebut dapat berasal dari:
•    Gaya gesekan melintang antara ban kendaraan dengan permukaan jalan
•    Komponen berat kendaraan akibat kemiringan melintang permukaan jalan
Gaya gesekan melintang (Fs) antara ban kendaraan dan permukaan jalan
Gaya gesekan melintang (Fs) adalah besarnya gesekan yang timbul antara ban dan permukaan jalan dalam arah melintang jalan yang berfungsi untuk mengimbangi gaya sentrifugal.
Perbandingan antara gaya gesekan melintang dan gaya normal yang bekerja disebut koefisien gesekan melintang
Besarnya koefisien gesekan melintang dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jenis dan kondisi ban, tekanan ban, kekerasan permukaan perkerasan, kecepatan kendaraan, dan keadaan cuaca.

Gambar korelasi antara koefisien gesekan melintang maksimum dan kecepatan rencana (THE’92)
Pada gambar diatas yang diambil dari buku “Traffic Engineering Handbook”, 1992, 4th Edition, Institut Of Transportation Engineers, Prentice Hall, Inc. dapat dilihat besarnya koefisien gesekan melintang jalan yang diperoleh oleh beberapa peneliti. Perbedaan nilai yang diperoleh untuk satu nilai kecepatan dapat disebabkan oleh perbedaan perkerasan permukaan jalan, cuaca, dan kondisi serta jenis ban. Nilai koefisien gesekan melintang yang dipergunakan untuk perencanaan haruslah merupakan nilai yang telah mempertimbangkan faktor keamanan pengemudi, sehingga bukanlah merupakan nilai maksimum yang terjadi. Untuk kecepatan rendah diperoleh koefisien gesekan melintang yang rendah.
Untuk perencanaan disarankan mempergunakan nilai koefisien gesekan melintang maksimum seperti pada gambar di atas. Untuk memberikan besarnya koefisien gesekan melintang maksimum perencanaan untuk satuan SI dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Kemiringan melintang permukaan pada lengkung horizontal (superelevasi)
Komponen berat kendaraan untuk mengimbangi gaya sentrifugal diperoleh dengan membuat kemiringan melintang jalan. Kemiringan melintang jalan pada lengkung horizontal yang bertujuan untuk memperoleh komponen berat kendaraan guna mengimbangi gaya sentrifugal biasanya disebut superelevasi. Semakin besar superelevasi semakin besar pula komponen berat kendaraan yang diperoleh.

Gambar koefisien gesekan melintang maksimum untuk desain (berdasarkan TEH’92 dalam satuan SI)
Untuk daerah yang licin akibat sering turun hujan atau kabut sebaiknya e maksimum 8%, dan di daerah perkotaan dimana sering kali terjadi kemacetan dianjurkan menggunakan e maksimum 4-6%. Pada daerah persimpangan tempat pertemuan beberapa jalur jalan, e maksimum yang dipergunakan sebaiknya rendah, bahkan dapat tanpa superelevasi. AASHTO menganjurkan pemakaian beberapa nilai superelevasi maksimum yaitu 0.04, 0.06, 0.08, 0.10, dan 0.12. indonesia pada saat ini umumnya mengambil nilai 0.08 dan 0.10. Bina Marga (luar kota) menganjurkan superelevasi maksimum 10% untuk kecepatan rencana > 30 km/jam dan 8% untuk kecepatan rencana 30 km/jam, sedangkan untuk jalan di dalam kota dapat dipergunakan superelevasi maksimum 6%.
Untuk kecepatan rencana < 80 km/jam berlaku f= -0,00065 V + 0,192 dan untuk kecepatan rencana antara 80-112 km/jam berlaku f= -0,00125 V + 0,24
Contoh Kasus:
Suatu ruas jalan mempunyai kecepatan rencana sebesar 100km/jam. Berapakah koefisien gesek ruas jalan tersebut?
Kecepatan rencana antara 80-112km/jam dapat ditentukan koefisien gesek jalan dengan rumus sbb:
f= -0,00125 V + 0,24
  = -0,00125 (100) + 0,24
  = 0,115