MAKALAH HUKUM NEWTON September 2023
Pernahkah kalian melihat orang mendorong mobil yang mogok? Ada orang ramai-ramai mendorong mobil yang mogok. Suatu dorongan atau tarikan yang diberikan pada benda dinamakan dengan gaya. Bagaimanakah keadaan mobil yang diberi gaya itu? Apakah dapat bergerak atau masih tetap diam? Apakah yang menyebabkan suatu benda itu bergerak? Apa pula pengaruh gaya pada gerak benda?
Pertanyaan-pertanyaan di atas itu telah dijelaskan oleh Newton yang kemudian dikenal dengan tiga hukum Newton tentang gerak. Dan hukum Newton ini dapat kalian pelajari pada bab ini. Oleh sebab itu setelah belajar bab ini kalian diharapkan dapat:
- menjelaskan hukum-hukum Newton tentang gerak,
- Menjelaskan berat, gaya normal dan gaya gesek serta melukiskan diagram gaya-gaya tersebut,
- Mengaplikasikan hukum-hukum Newton dalam kehidupan sehari-hari.
A. Pendahuluan
Pernahkah kalian ditanya mengapa sebuah benda memiliki keadaan diam atau bergerak? Bagaimana caranya benda yang diam menjadi bergerak? Pertanyaan ini terlihat sederhana tetapi banyak terjadi kesalahan. Pada zaman dahulu orang berfikir bahwa benda dapat bergerak jika diberi gaya. Apakah kalian setuju dengan pandangan ini? Coba kalian amati orang yang sedang mendorong mobil mogok. Jika yang mendorong anak kecil, apakah mobil bisa bergerak? Anak itu memberi gaya tetapi tidak bisa menggerakan mobil. Saat yang mendorong beberapa orang dewasa, mobilnya dapat bergerak.
Ada juga gerak benda yang disebabkan oleh gaya. Misalnya mobil, motor dan kereta api, semuanya dapat bergerak karena didorong oleh gaya mesinnya. Mobil tidak bisa bergerak tanpa gaya dorong mesinnya. Jika mesinnya mati dinamakan mogok dan perlu diderek.
Contoh lain benda jatuh. Benda bisa jatuh ke bawah karena ada berat atau gaya gravitasi bumi. Jika kalian dicermati, keadaan-keadaan di atas itu memang unik. Keadaan unik inilah yang telah menggugah Newton untuk menjelaskannya. Sir Isaac Newton adalah nama lengkap seorang ilmuwan Fisika dan juga Matematika yang dilahirkan di Inggris itu. Newton menjelaskan mengapa benda itu dapat diam atau bergerak. Semua keadaan itu dipengaruhi oleh suatu besaran yang dinamakan gaya. Pandangan Newton tentang gerak ini memperkuat pandangan ilmuwan pendahulunya yaitu Galilei Galileo. Dari penemuan-penemuan Galileo, Newton dapat menjelaskan lebih nyata dan diperkuat dengan eksperimen. Pandangannya ini kemudian menjadi penemuan besar yang dikenal hukum Newton tentang gerak.
Hukum -hukum Newton ini ditulis dalam sebuah buku yang diberi nama Philosophiae Naturalis Principia Mathematica dan pandangan ini pertama kali dikemukakan oleh Newton pada tahun 1686. Hukum Newton tentang gerak ada tiga. Ketiga hukum ini dapat kalian cermati pada sub-bab berikut. Coba kalian pahami konsep besar apakah yang telah dijelaskan oleh Newton dan bagaimana pengaruh ketiga hukum itu dalam kehidupan manusia di bumi ini.
B. Hukum I Newton
Pada hukum pertamanya ini Newton menjelaskan keadaan benda jika tidak dipengaruhi gaya. Menurut Newton benda dapat mempertahankan keadaan jika tidak dipengaruhi gaya. Mempertahankan keadaan berarti benda yang diam akan tetap diam dan benda bergerak dengan kecepatan tetap akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap. Mempertahankan keadaan ini disebut dengan inersia atau lembam. Oleh karena itu hukum I Newton ini dinamakan juga hukum inersia atau hukum kelembaman.
Mungkinkah di dunia ini ada benda yang tidak dipengaruhi gaya? Di luar angkasa mungkin ada tetapi di bumi ini tidak mungkin. Contohnya saja setiap benda pasti dipengaruhi oleh gaya gravitasi atau berat. Dari keadaan inilah hukum I Newton dapat diartikan juga untuk benda yang dipengaruhi gaya tetapi resultannya nol. Sehingga hukum I Newton dapat dirumuskan seperti berikut :
Σ F = 0 …………………………………(4.1)
Jika resultan gaya yang bekerja pada benda nol maka benda dapat mempertahankan diri. Coba kalian cermati contoh soal berikut sehingga lebih memahami.
Kalian telah belajar bagaimana keadaan benda jika tidak dipengaruhi gaya atau resultannya nol. Bagaimana jika resultan gaya yang bekerja tidak nol? Keadaan inilah yang dijelaskan oleh Newton pada hukum keduanya. Pada hukum keduanya Newton menjelaskan pengaruh gaya pada percepatan benda. Jika resultan gaya pada benda tidak nol (ΣF ≠ 0) maka benda itu akan mengalami percepatan. Hubungan dan perumusan hukum II Newton dapat kalian cermati pada penjelasan berikut.
1. Hubungan Antar Besaran
Untuk memahami hukum II Newton dapat kalian pelajari terlebih dahulu hubungan antara percepatan benda dengan massa dan gaya yang mempengaruhinya. Menurut Newton percepatan suatu benda di pengaruhi oleh gaya F dan massa m.
Coba kalian amati orang yang mendorong mobil mogok. Lebih cepat bergerak manakah kejadian (a) didorong satu orang dengan kejadian (b) didorong banyak orang? Tentu kalian langsung menjawab lebih cepat kejadian (b) karena dengan banyak orang berarti gayanya besar (F besar). Lebih cepat bergerak berarti dapat menggambarkan perubahan kecepatan yang besar atau percepatan (a) besar.
Dari kejadian di atas dapat menjelaskan bahwa percepatan (a) benda dipengaruhi oleh gaya F. Jika massa tetap (sama) maka percepatan benda sebanding dengan gaya yang bekerja pada benda. Secara matematis dapat dituliskan: a ~ F
2. Hubungan massa dan percepatan dapat kalian
Pahami dengan mencoba menarik kursi (m kecil) dan menarik meja (m besar). Coba bandingkan lebih mudah bergerak yang mana? Jika gaya kalian sama tentu kursi akan lebih cepat bergerak berarti massa yang kecil akan mengalami percepatan yang besar. Dari kejadian ini dapat diperoleh hubungan bahwa percepatan benda berbanding terbalik dengan massanya.
Hukum II Newton menggambarkan hubungan percepatan dengan massa dan gaya. Dari kedua hubungan di atas dapat dirumuskan:
a ~ F ……………..(4.2)
C. Hukum II Newton
Mobil mogok di dorong (a) oleh satu orang dan (b) oleh banyak orang.
a = atau F = m a
Secara matematis dituliskan: a ~ a ~
1
Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek
Hukum-hukum Newton dapat digunakan untuk menganalisa atau menyelesaikan suatu permasalahan berdasarkan gaya-gaya yang bekerja. Di alam ini banyak sekali jenis gaya yang dapat bekerja pada benda. Tiga jenis gaya yang perlu kalian ketahui adalah berat, gaya normal, dan gaya gesek.
Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek
Hukum-hukum Newton dapat digunakan untuk menganalisa atau menyelesaikan suatu permasalahan berdasarkan gaya-gaya yang bekerja. Di alam ini banyak sekali jenis gaya yang dapat bekerja pada benda. Tiga jenis gaya yang perlu kalian ketahui adalah berat, gaya normal, dan gaya gesek.
Gaya normal dan gaya gesek merupakan proyeksi gaya kontak. Setiap ada dua benda yang bersentuhan akan timbul gaya yang di namakan gaya sentuh atau gaya kontak. Gaya kontak ini dapat di proyeksikan menjadi dua komponen yang saling tegak lurus. Proyeksi gaya kontak yang tegak lurus bidang sentuh dinamakan gaya normal. Sedangkan proyeksi gaya kontak yang sejajar bidang sentuh di namakan gaya gesek.
a) Berat
Setiap benda memiliki berat, seperti yang telah disinggung di depan, berat disimbulkan w. Sudah tahukah kalian dengan berat itu? Berat adalah gaya gravitasi bumi yang dirasakan oleh benda-benda di sekitar bumi. Sesuai perumusan gaya pada persamaan 4.2, berat suatu benda didefinisikan sebagai hasil kali massa m dengan percepatan gravitasi g.
w = m g ………………………………..(4.3) dengan
w = berat (N) m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Percepatan gravitasi di permukaan bumi dapat menggunakan pendekatan g = 10 m/s2.
b) Gaya Normal
Di atas kalian telah dijelaskan tentang gaya normal yaitu temasuk proyeksi gaya kontak. Gaya ini terjadi jika ada kontak dua benda. Misalnya balok berada di atas meja atau lantai, penghapus ditekankan pada papan saat menghapus. Besar gaya normal ini sangat tergantung pada keadaan benda yang saling kontak tersebut dan untuk menentukannya dapat menggunakan hukum I dan II Newton cermati contoh berikut untuk memahaminya.
c) Gaya Gesek
Pernahkah kalian mendorong atau menarik balok dan sulit bergerak? Salah satu penyebab keadaan itu adalah gaya gesek. Seperti penjelasan di depan, gaya gesek merupakan proyeksi gaya kontak yang sejajar bidang sentuh. Pada gerak translasi arah gaya ini akan menentang kecenderungan arah gerak sehingga dapat mempersulit gerak benda.
Berdasarkan keadaan benda yang dikenainya, gaya gesek dapat dibagi menjadi dua. Untuk keadaan benda yang diam dinamakan gaya gesek statis fs dan untuk keadaan benda yang bergerak dinamakan gaya gesek kinetik fk. arah gerak F f gesek
D. Hukum III Newton
Dalam hukum yang ketiga Newton menjelaskan tentang adanya gaya aksi reaksi. Menurut Newton, setiap benda yang diberi gaya aksi pasti akan timbul gaya reaksi. Gaya reaksi ini juga bisa menjelaskan tentang keseimbangan alam. Sebagai contoh adalah peluncuran pesawat ruang angkasa. Pada saat pesawat menyemburkan gas ke luar maka pesawat tersebut telah memberikan gaya aksi pada gas maka gas itu akan memberikan gaya reaksi sehingga dapat mendorong pesawat dan menyebabkanpasawat dapat bergerak.
Dua gaya merupakan gaya aksi-reaksi jika kedua gaya tersebut memiliki sifat-sifat sebagai berikut :
1. Sama besar
2. Berlawanan arah
3. Terjadi pada dua benda yang saling berinteraksi
Dari ketiga sifat di atas dapat dirumuskan seperti di bawah.
Faksi = – Freaksi
