GAYA DAN HUKUM-HUKUM NEWTON
TENTANG GERAK
A. Hukum I Newton tentang Gerak
Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering mengamati bahwa benda yang diam
akan cenderung diam. Misalnya, sebuah buku yang terletak di atas meja akan
tetap di temapt jika tidak ada gaya lain yang mempengaruhinya. Mengapa
demikian? Hal ini telah dijawab oleh Newton berdasarkan pengamatanpengamatannya
pada benda-benda yang mengalami gaya seimbang atau
resultan gaya yang bekerja padanya sama dengan nol. Sebagian dari hukum I
Newton menyatakan bahwa suatu benda yang dalam keadaan diam akan
tetap diam jika tidak terdapat resultan gaya yang bekerja pada benda”. Jadi,
jika sebuah buku berada di atas meja, buku akan mengerjakan gaya pada
meja sebesar beratnya. Meja mengimbangi gaya berat itu dengan gaya normal
yang besarnya sama dan arahnya berlawanan dengan gaya berat. Akhirnya
resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol. Karena itu buku
tetap diam selama tidak ada resultan gaya lain yang mempengaruhinya.
Bagaimana dengan perilaku benda yang bergerak? Pakar fisika sebelum
Newton menyatakan bahwa benda yang bergerak cenderung menuju diam
sehingga benda memerlukan gaya terus-menerus agar tetap bergerak.
Pernyataan ini nampaknya sesuai dengan pengalaman sehari-hari, tetapi
Newton memiliki pemikiran yang lain. Penjelasan Newton adalah sebagai
berikut. Perhatikan Gambar 5.1 di bawah.
Gambar 5.1 Gaya yang Bekerja pada Sebuah Benda
yang Bergerak dengan Kelajuan V
Sebuah balok bergerak dengan kelajuan v ke kanan. Pada sumbu vertikal,
terdapat dua buah gaya, yaitu gaya berat W dan gaya normal bidang N.
Keduanya mempunyai besar yang sama, tetapi arahnya berlawanan sehingga
Ilmu Pengetahuan Alam 2
Paket 5 Hukum-hukum Newton Tentang Gerak 5 - 8
resultan atau jumlah gaya pada sumbu vertikal sama dengan nol. Σ Fy = 0.
Jadi, tidak terdapat gerakan pada sumbu vertikal.
Pada sumbu horisontal terdapat gaya gesekan yang arahnya melawan gerak
benda dan tidak ada yang mengimbanginya. Gaya inilah yang menyebabkan
benda semakin lama kelajuannya semakin rendah dan akhirnya diam.
Dalam kehidupan sehari-hari, sangat sulit menunjukkan benda yang tidak
mengalami gaya gesekan sama sekali karena udarapun ternyata menghasilkan
gaya gesekan (Gambar 5.2). Namun, jika gaya gesekan tidak terjadi benda
akan terus-menerus bergerak dengan kelajuan yang konstan. Karena itu
Hukum I Newton menyatakan bahwa, jika tidak terdapat resultan gaya yang
bekerja pada benda, benda akan bergerak dengan kecepatan konstan.
Jadi Hukum I Newton secara keseluruhan dapat dinyatakan bahwa sebuah
benda akan tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan jika tidak
terdapat resultan gaya yang bekerja padanya.
Gambar 5.2 Jika Gaya Gesekan Kecil, Benda Akan Cenderung terus
Bergerak
Hukum I Newton terkait erat dengan konsep kelembaman. Kelembaman
adalah sifat materi yang mempertahankan dari perubahan gerak. Jadi, sebuah
benda yang diam cenderung tetap diam dan benda yang bergerak cenderung
untuk terus-menerus bergerak. Kelembaman sebuah benda berhubungan
dengan massanya. Semakin besar massa benda, akan semakin besar
kelembamannya (Gambar 5.3). Artinya, jika benda diam sulit untuk
digerakkan, sedangkan jika sudah bergerak sulit dihentikan.
Kelembaban sering kita alami ketika kita berada di dalam mobil. Jika mulamula
mobil diam dan kemudian dijalankan secara tiba-tiba, kita akan tersentak
ke belakang. Hal ini terjadi karena tubuh kita cenderung mempertahankan
Ilmu Pengetahuan Alam 2
Paket 5 Hukum-hukum Newton Tentang Gerak 5 - 9
kedudukannya. Sebaliknya, ketika mobil sedang melaju kencang dan direm
secara tiba-tiba, kita akan tersentak ke depan. Hal ini juga didisebabkan tubuh
kita mempertahankan gerakannya pada kelajuan tertentu.
Gambar 5.3 Karena Massanya yang Besar,
jika telah Bergerak, Kereta Api Sulit untuk Dihentikan
Contoh Soal
Sebuah balok diam di atas lantai yang kasar. Massa balok 100 kg dan
percepatan gravitasi bumi 9,8 m/s2. Jika balok didorong dengan gaya 50 N
dan balok dalam keadaan diam, berapakah gaya gesek lantai dengan balok?
Jawab:
Gaya-gaya yang bekerja pada balok dapat digambarkan sebagai mana
Gambar 5.4 berikut.
Gambar 5.4 Gaya-gaya yang Bekerja pada Sebuah Balok
Karena benda diam, resultan gaya besarnya sama dengan nol. Pada sumbu Y,
gaya berat diimbangi oleh gaya nornal. Pada sumbu X gaya dorong diimbangi
oleh gaya gesekan lantai pada benda. Jadi gaya gesekan lantai sama dengan
gaya dorong yakni 50 N.
B. Hukum II Newton tentang Gerak
Hukum I Newton yang telah kita pelajari sebelumnya membahas tentang
benda-benda yang resultan gayanya sama dengan nol. Benda yang resultan
gayanya sama dengan nol akan berhenti atau bergerak dengan kecepatan
Ilmu Pengetahuan Alam 2
Paket 5 Hukum-hukum Newton Tentang Gerak 5 - 10
tetap. Pada Hukum II Newton, akan dibahas benda yang resultan gaya yang
bekerja padanya tidak sama dengan nol atau bekerja gaya-gaya yang tidak
seimbang. Benda dengan resultan gaya tidak sama dengan nol akan
mengalami perubahan gerak.
Untuk lebih memahami Hukum II Newton, kita dapat melakukan eksperimen
tentang hubungan antara resultan gaya, massa benda dan percepatan benda.
Untuk mendapatkan hasil yang baik, disarankan eksperimen dilakukan pada
tempat yang gaya gesekan dapat diminimalkan, misalnya pada permukaan
licin. Benda diletakkan di atas lantai licin dan dikenai gaya untuk diketahui
percepatannya. Pengaruh gaya pada percepatan untuk massa yang konstan
adalah sebagai Gambar 5.5 berikut.
Gambar 5.5 Benda Didorong dengan Gaya yang Berbeda
Dari beberapa eksperimen ini dapatlah disimpulkan bahwa jika resultan gaya
(ΣF) bekerja pada benda bermassa m, benda akan mengalami percepatan
sebesar a dengan hubungan matematis:
Resultan gaya = massa x percepatan
ΣF= m.a (7)
Hukum II Newton dapat diungkapkan dengan kata-kata sebagai berikut.
“Resultan gaya yang bekerja pada suatu benda akan menyebabkan benda
dipercepat searah dengan arah gaya. Besar percepatan bergantung pada
besar gaya dan massa benda. Semakin besar gaya akan semakin besar
percepatan benda. Semakin besar massa benda diperlukan gaya yang lebih
besar untuk mendapatkan percepatan yang sama”.
Contoh Soal
Dua buah balok dihubungkan dengan sebuah tali ringan melalui sebuah katrol
yang tanpa gesekan. Benda 50 kg terletak di atas lantai licin sementara benda
30 kg tergantung di udara. Berapakah percepatan sistem benda?
Jawab
Sketsa gaya-gaya yang bekerja pada sistem benda dapat digambarkan
sebagai berikut (Gambar 5.6).
Ilmu Pengetahuan Alam 2
Paket 5 Hukum-hukum Newton Tentang Gerak 5 - 11
Gambar 5.6 Gaya-gaya yang Bekerja pada Sebuah Benda dan Diagram
Gayanya
Karena tidak ada gesekan antara balok 1 dan lantai, berlaku rumus:
m .a = T 1
Pada m2, berlaku rumus:
m .g T m .a 2 2 − =
Jika dua buah persamaan tersebut disubtitusikan, akan didapatkan:
Jadi percepatan sistem benda adalah 3,7 m/s2.
C. Hukum III Newton tentang Gerak
Ketika kita menendang bola, kita dapat merasakan bahwa bola juga
melakukan gaya pada kaki kita, ketika berenang kita memberi gaya pada air
dan sebaliknya air akan mendorong kita. Roket mendorong udara dan
sebaliknya udara mendorong roket sehingga roket dapat meluncur (Gambar
5.7). Newton telah mengamati berbagai fenomena ini dan menyimpulkannya
dalam Hukum III Newton.
5.7 Gejala Aksi Reaksi dalam Kehidupan Sehari-hari
Hukum III Newton dapat dinyatakan sebagai berikut.
“Jika benda pertama memberikan gaya pada benda kedua, benda yang kedua
juga akan memberikan gaya pada benda pertama dengan besar yang sama
dan arahnya berlawanan dengan arah gaya dari benda pertama”. Dengan kata
2
1 2
2 3,7
( )
.
s
m
m m
a m g =
+
=
Ilmu Pengetahuan Alam 2
Paket 5 Hukum-hukum Newton Tentang Gerak 5 - 12
lain, dapat dinyatakan bahwa. Setiap ada gaya aksi selalu ada gaya reaksi
yang besarnya sama dan arahnya berlawanan.
Perlu diketahui bahwa gaya aksi dan gaya reaksi bekerja pada dua benda yang
berbeda. Jadi meskipun terdapat dua gaya yang sama besarnya dan arahnya
berlawanan, gaya-gaya itu belum tentu gaya aksi reaksi. Untuk lebih jelasnya,
perhatikan contoh pada Gambar 5.8 berikut.
Gambar 5.8 Gaya-gaya pada Sistem Benda Diam
Sebuah balok terletak di atas meja. Karena balok mempunyai massa, balok
menderita gaya berat W yang besarnya sama dengan massa (m) kali
percepatan gravitasi (g). Karena gaya berat inilah, balok memberikan gaya
pada meja sebesar W’ yang besarnya sama dengan W. W’ adalah gaya aksi.
Menurut Hukum III Newton meja akan memberikan gaya reaksi N yang
besarnya sama dengan W’ dan arahnya berlawanan pada balok. Jadi, dalam
hal ini pasangan aksi-reaksi adalah N dan W’.
Perlu diingat bahwa W’ dan N bukanlah gaya-gaya seimbang karena keduanya
bekerja pada benda yang berbeda. Gaya-gaya seimbang adalah antara W
dengan N yang keduanya bekerja pada benda yang sama yaitu balok. Gayagaya
yang bekerja pada balok dapat digambarkan seperti diagram benda
bebas Gambar 5.9 berikut:
Gambar 5.9 Diagram benda bebas
Resultan gaya yang bekerja pada balok sama dengan nol, sehingga balok
diam di atas meja. Dengan Hukum III Newton ini, kita dapat menjelaskan
mengapa seseorang yang memakai sepatu roda dan mendorong tembok
akan terdorong ke belakang. Ketika orang mendorong tembok, tembok akan
Ilmu Pengetahuan Alam 2
Paket 5 Hukum-hukum Newton Tentang Gerak 5 - 13
memberikan reaksi mendorong orang dengan gaya yang sama. Jadi baik
tembok maupun orang mengalami gaya yang besarnya sama. Karena tembok
lebih lembam, maka tembok akan cenderung diam, sedangkan orang yang
relatif kurang lembam cenderung terdorong ke belakang.
Latihan
1. Sebuah balok meluncur di atas lantai yang licin sempurna dengan
kecepatan awal 10m/s. Lima detik kemudian berapakah kecepatan balok?
2. Sebuah gaya 100 Newton bekerja pada sebuah benda yang massanya
adalah 10 kg. Benda terletak di atas lantai, yang gaya gesekan lantai
dengan benda adalah 40 N. Bagaimana gerakan benda? Jelaskan!
Rangkuman
1. Hukum I Newton menyatakan bahwa sebuah benda akan tetap diam atau
bergerak dengan kecepatan konstan jika tidak terdapat resultan gaya yang
bekerja padanya.
2. Hukum II Newton menyatakan bahwa resultan gaya yang bekerja pada
suatu benda akan menyebabkan benda dipercepat searah dengan arah
gaya. Besar percepatan bergantung pada besar gaya dan massa benda.
Semakin besar gaya akan semakin besar percepatan benda dan semakin
besar massa benda diperlukan gaya yang lebih besar untuk mendapatkan
percepatan yang sama.
3. Hukum III Newton menyatakan bahwa setiap ada gaya aksi selalu ada
gaya reaksi yang besarnya sama dan arahnya berlawanan.
4. Permasalahan gerak dalam kehidupan sehari-hari dapat dijelaskan dengan
menggunakan Hukum-hukum Newton tentang Gerak.
Saturday 22 January 2011
Hukum Newton tentang gerak
Tags
# Materi Kuliah
About AtiqKhamdi
Blogger Pemula yang Bismillah menuju Professional
Materi Kuliah
Label:
Materi Kuliah
Subscribe to:
Post Comments (Atom)
No comments:
Post a Comment