Gaya Fiktif – Bagian 2

Gaya fiktif adalah gaya semu yang bekerja pada semua benda bermassa yang bergerak dan dideskripsikan menggunakan kerangka acuan non-inersia, contohnya kerangka acuan rotasi. Gaya F tidak timbul dari interaksi fisik antara dua objek, melainkan dari percepatan a dari kerangka acuan non-inersia itu sendiri.

Gaya fiktif pada objek timbul ketika kerangka acuan yang digunakan untuk mendeskripsikan gerak objek mengalami percepatan dibandingkan dengan kerangka acuan yang tidak dipercepat. Bagaimanapun juga, ada empat gaya fiktif yang telah didefinisikan untuk kerangka acuan yang dipercepat dan sering terjadi dalam kehidupan kita sehari-hari: satu gaya fiktif disebabkan oleh percepatan relatif titik asal dalam garis lurus (percepatan dalam garis lurus), dua gaya fiktif terlibat dalam rotasi (gaya sentrifugal dan gaya koriolis), dan gaya fiktif keempat disebut gaya euler, disebabkan oleh laju variabel rotasi (caused by a variable rate of rotation). Gaya gravitasi juga seharusnya merupakan gaya fiktif berdasarkan model medan di mana partikel mendistorsi ruang-waktu disebabkan massa yang dimilikinya.

Gaya fiktif di Bumi

Permukaan Bumi adalah kerangkan acuan rotasi. Untuk memecahkan masalah mekanika klasik dengan pasti dalam kerangka acuan-Bumi, tiga gaya fiktif harus diperkenalkan, gaya koriolis, gaya sentrifugal, dan gaya euler. Gaya euler khususnya diabaikan karena variasi kecepatan sudut dari permukaan bumi yang berotasi biasanya tidak signifikan (ingat, Bumi tidak bulat sempurna). Kedua gaya fiktif lainnya lemah dibandingkan dengan gaya tertentu yang kita lakukan dalam kehidupan sehari-hari, tetapi kedua gaya fiktif ini dapat di deteksi jika dilakukan pengamatan yang cermat.

Mendeteksi kerangka acuan non-inersia

Pengamat di dalam kotak tertutup yang bergerak dengan kecepatan konstan tidak dapat mendeteksi gerak mereka sendiri. Bagaimanapun juga pengamat dalam kerangka acuan yang dipercepat bisa mendeteksi bahwa mereka berada dalam kerangkan acuan non-inersia.

Contoh gaya fiktif: Percepatan dalam garis lurus

 350px-Accelerating_car

Gambar 1. Mobil yang dipercepat dilihat dari kerangka acuan inersia dan non-inersia. wikipedia

Atas. Mobil bermassa M berakselerasi dengan penumpang bermassa m. Gaya dari poros adalah (m+M)a. Dalam kerangka acuan inersia, ini satu-satunya gaya pada mobil dan penumpang.

Tengah. Dalam kerangka acuan inersia, penumpang mematuhi gaya (accelerating force) ma. Kursi (diasumsikan tidak bermassa) tertekan antara gaya reaksi –ma dan gaya (applied force) dari mobil ma. Mobil mematuhi gaya (accelerating force) Ma, ini adalah perbedaan antara gaya (applied force) (m+M)a dari poros dan reaksinya dari kursi –ma.

Bawah. Dalam kerangka acuan non-inersia di mana mobil tidak berakselerasi, gaya dari poros seimbang oleh gaya fiktif ke belakang –(m+M)a, bagian –Ma diterapkan pada mobil, dan –ma pada penumpang. Mobil mematuhi gaya fiktif –Ma dan gaya (m+M)a dari poros. Perbedaan antara gaya-gaya itu adalah ma diterapkan pada kursi, sebagai reaksinya –ma pada mobil, jadi gaya total = 0 diterapkan pada mobil. Kursi (diasumsikan tidak bermassa) mentransmisikan gaya ma kepada penumpang, yang juga mematuhi gaya fiktif –ma, hasilnya adalah gaya total = 0 pada penumpang. Penumpang menggunakan gaya reaksi –ma pada kursi, yang selanjutnya menekan kursi. Pada semua kerangka acuan, tekanan pada kursi adalah sama, dan gaya yang disalurkan oleh poros sama.

Gambar 1 (atas) menunjukkan mobil yang dipercepat. Ketika mobil dipercepat, penumpang yang duduk tegak di kursi merasakan seperti terdorong ke belakang ke sandaran kursi. Dalam pandangan pengamat yang diam di pinggir jalan (kerangka acuan inersia), tidak ada gaya fisik (physical force, tarikan atau dorongan yang mendorong secara bersentuhan) yang menyebabkan penumpang bergerak ke belakang ke sandaran kursi. Namun, dalam kerangka acuan non-inersia (mobil yang dipercepat), ada gaya fiktif ke belakang. Kami nyatakan dua kemungkinan alasan untuk memperjelas keberadaan gaya ini:

  1. Gambar 1 (tengah). Untuk pengamat yang diam dalam kerangka acuan inersia (diam di pinggir jalan), mobil akan terlihat berakselerasi. Supaya penumpang diam dalam mobil, sebuah gaya harus diberikan pada penumpang. Gaya ini diberikan oleh kursi yang telah mulai bergerak maju dengan mobil untuk menjaga penumpang bergerak dengan mobil. Gaya yang diberikan oleh kursi tidak stabil, sehingga penumpang mengalami percepatan dalam kerangka acuan ini.
  1. Gambar 1 (bawah). Dari sudut pandang interior mobil, yaitu kerangka acuan yang dipercepat, ada gaya fiktif yang mendorong penumpang ke belakang, besarnya sama dengan massa penumpang dikalikan dengan percepatan mobil. Gaya ini mendorong penumpang ke belakang ke sandaran kursi, sampai kursi terpencet (compresses) dan menyediakan gaya yang sama besar dan arah berlawanan. Setelah itu, penumpang diam dalam kerangka acuan ini, karena gaya fiktif dan gaya sebenarnya (real force) seimbang.

 

Contoh ilustrasi 1 di bawah ini menunjukkan bagaimana gaya fiktif muncul dengan mengganti kerangka acuan dari inersia ke non-inersia.

Carframe

Ilustrasi 1. Map and car frame perspectives of physical (red) and fictitious (blue) forces for a car driving from one stop sign to the next. wikipedia

Pada ilustrasi 1, mobil berakselerasi dari persimpangan jalan saat rambu lalu lintas menyala hijau kemudian melakukan deakselerasi (perlambatan, pengemudi menginjak rem) karena rambu lalu lintas persimpangan berikutnya menyala merah sehingga mobil berhenti. Perhatikan gaya fisik (merah) dan gaya fiktif (biru) yang di alami penumpang dalam mobil jika diamati dari sudut pandang kerangka acuan-peta (map frame) dan kerangka acuan-mobil (car frame).

Saat mobil dipercepat, gaya fisik ke depan sedangkan gaya fiktif ke belakang. Saat mobil diperlambat, gaya fisik ke belakang sedangkan gaya fiktif ke depan. Itulah sebabnya orang yang duduk tegak dalam mobil seperi terdorong ke belakang saat mobil dipercepat, dan seperti terdorong ke depan saat mobil diperlambat. Perhatikan, pada kerangka acuan-peta, peta diam dan mobil bergerak ke depan. Perhatikan, pada kerangka acuan-mobil, mobil dianggap diam dan peta seolah-olah bergerak ke belakang.

 

Contoh gaya fiktif: Gerak Melingkar

Efek yang mirip terjadi pada gerak melingkar.

Spinframe

Ilustrasi 2. Map and spin frame perspectives of physical (red) and fictitious (blue) forces for an object released from a carousel. wikipedia

Bola yang terlepas dari tali akan bergerak lurus pada kerangka acuan-peta. Bola akan bergerak melengkung pada kerangka acuan-rotasi.

 

Sumber:

Diterjemahkan secara bebas dari https://en.wikipedia.org/wiki/Fictitious_force diakses 3 April 2017 jam 8:01 WIB

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s