Mekanika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari perilaku benda fisik ketika mengalami gaya atau perpindahan, dan pengaruh benda tersebut terhadap lingkungannya. Bidang ini dapat dibagi menjadi dua bidang utama: statika , ilmu yang mempelajari benda diam, dan dinamika , ilmu yang mempelajari benda bergerak.
Statika berkaitan dengan analisis beban (gaya, torsi/momen) pada sistem fisik dalam keadaan kesetimbangan statis, yaitu keadaan dimana posisi relatif subsistem tidak berubah terhadap waktu, atau ketika komponen dan struktur berada pada kecepatan konstan. . Konsep penting dalam statika adalah gagasan kesetimbangan, yang menyatakan bahwa jumlah gaya dan jumlah momen pada suatu titik harus sama dengan nol.
Misalnya, perhatikan kasus sederhana sebuah buku diletakkan di atas meja. Berat buku memberikan gaya ke bawah karena gravitasi, dan meja menopang buku dengan gaya yang sama besar dan berlawanan arah yang dikenal sebagai gaya normal. Menurut hukum ketiga Newton, gaya-gaya ini sama besarnya dan berlawanan arah, sehingga buku tetap diam.
Dinamika adalah studi tentang gaya dan gerak benda. Selanjutnya dibagi menjadi kinematika, yang berfokus pada deskripsi gerak tanpa memperhatikan penyebabnya, dan kinetika, yang mengkaji gaya-gaya yang menyebabkan atau mengubah gerak suatu benda.
Konsep-konsep kunci dalam dinamika mencakup hukum gerak Newton, yang dapat diringkas sebagai berikut:
Contoh yang menunjukkan dinamika adalah gerak mobil yang mengalami percepatan di jalan raya. Saat pengemudi menekan pedal akselerator, mesin menghasilkan gaya yang mendorong mobil ke depan. Menurut hukum kedua Newton, percepatan mobil ditentukan oleh gaya yang dihasilkan mesin dan massa mobil.
Energi adalah konsep kunci dalam mekanika, berkaitan dengan kapasitas untuk melakukan usaha. Ada dua jenis utama energi mekanik: energi kinetik , energi gerak, dan energi potensial , energi yang tersimpan dalam suatu benda karena posisi atau susunannya.
Prinsip kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa jika hanya gaya konservatif (seperti gaya gravitasi dan elastis) yang melakukan usaha, maka energi mekanik total suatu sistem tetap konstan. Hal ini dapat direpresentasikan sebagai persamaan \(E_{total} = K + U\) , dengan \(E_{total}\) adalah energi mekanik total, \(K\) adalah energi kinetik, dan \(U\) adalah energi potensial.
Mesin sederhana adalah alat yang dapat mengubah arah atau besarnya suatu gaya. Mereka adalah komponen fundamental dari mesin yang lebih kompleks. Enam mesin sederhana klasik adalah tuas, roda dan poros, katrol, bidang miring, baji, dan sekrup.
Misalnya, tuas adalah mesin sederhana yang dapat digunakan untuk mengangkat beban berat dengan sedikit usaha. Prinsip di balik tuas adalah konsep keuntungan mekanis, yang muncul dari hukum momen: gaya yang diterapkan dikalikan jaraknya dari poros harus sama dengan gaya beban dikalikan jaraknya dari poros. Hal ini dapat dinyatakan sebagai \(F_1d_1 = F_2d_2\) , dengan \(F_1\) dan \(F_2\) adalah gaya dan \(d_1\) dan \(d_2\) adalah jarak dari poros.
Mekanika adalah cabang dasar fisika yang memberikan pemahaman komprehensif tentang dunia fisik melalui studi tentang gaya dan gerak. Statika dan dinamika menawarkan wawasan penting mengenai keseimbangan dan pergerakan benda, sedangkan konsep energi dan mesin sederhana menggambarkan penerapan praktis prinsip-prinsip ini dalam skenario dunia nyata. Studi tentang mekanika tidak hanya memperdalam pemahaman kita tentang alam semesta tetapi juga meningkatkan kemampuan kita untuk merekayasa solusi terhadap masalah sehari-hari.
