Jumat, 22 Januari 2010

Diagram Bebas Benda dan Gaya Coulomb

Tulisan ini berasal dari Dr. Triyanta yang diposting di milis Dosen Fisika ITB. Mungkin bermanfaat.

Diagram Bebas Benda
Tadi pagi saya melihat di papan pengumuman, sekilas, solusi soal Fisika Dasar. Di situ tertulis istilah diagram gaya bebas. Tulisan itu yang mendorong saya untuk menulis email ini. Saya kira istilah yang dimaksud adalah free-body diagram (ada tanda – di antara kata free dan body).

Menurut saya, terjemahannya yang tepat adalah diagram bebas benda, bukan diagram benda bebas maupun diagram bebas gaya. Di dalam free-body diagram, kita hanya jumpai panah-panah yang menggambarkan gaya yang bekerja pada benda dan titik, pangkal dari panah-panah tsb, yang menggambarkan titik pusat massa benda. Sebenarnya titik itu pun tidak perlu ditandai dengan tegas/jelas karena semua panah tsb berpangkal di titik itu. Jadi diagram tersebut sebenarnya adalah diagram gaya-gaya saja. Tidak ada gambar benda di situ. Oleh karena itu istilah yang tepat adalah diagram bebas benda.

Istilah yang lebih rinci namun terlalu panjang, diagram gaya-gaya bebas benda. Bebas gaya artinya tidak ada gaya, atau resultan gaya (yang bekerja pada benda) sama dengan nol. Jelas istilah itu tidak tepat sebagai terjemahan free-body diagram karena dalam diagram tsb resultan gaya tidak selalu nol. Istilah diagram benda bebas menurut saya juga tidak tepat.

Benda bebas (free body, tanpa ada tanda -) adalah benda yang bebas dari pengaruh lingkungan, resultan gaya yang bekerja padanya nol. Free-body diagram tidak menggambarkan diagram dari benda-benda bebas.

Gaya Coulomb
Mumpung kita akan mulai kuliah Fidas II, saya ingin mengemukakan tentang keterbatasan keberlakuan gaya Coulomb. Kita selalu mengajarkan bahwa gaya ini berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara dua muatan yang saling berinteraksi. Yang mungkin kita lupa menyampaikan ke mahasiswa adalah bahwa sifat berbanding terbalik tersebut hanya berlaku apabila muatan sumber berada dalam keadaan diam (dengan kata lain, apabila kita bekerja dalam kerangka koordinat yang diam terhadap muatan sumber). Muatan tes boleh diam atau bergerak. Jika muatan sumber bergerak, rumus gaya Coulomb tidak seperti yang biasa kita ajarkan. Bentuk eksplisitnya berbeda-beda bergantung pada situasi gerak dari muatan tes maupun muatan sumber. Ini dapat kita peroleh melalui teori relativitas khusus (TRK).

Lebih lanjut, dapat ditunjukkan pula bahwa ternyata gaya Lorentz (qE+qv^B) tidak lain adalah gaya Coulomb yang bekerja pada muatan uji akibat muatan sumber yang bergerak. Ini menunjukkan bahwa gaya Coulomb memang gaya yang paling fundamental dalam sistem antar muatan. Medan magnet B yang muncul di dalam gaya Lorentz tsb berasal dari gerak (kecepatan) muatan sumber dan medan listrik. Medan listrik lebih fundamental daripada medan magnet. Meski TRK diajarkan di TPB, namun tentunya penurunan bentuk gaya Coulomb dalam kasus muatan sumber bergerak tidak bisa diajarkan ke mahasiswa TPB. Di sini saya hanya menyarankan agar mahasiswa diinformasikan tentang keterbatasan keberlakuan gaya Coulomb yang berbentuk ~1/r^2.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar