Hukum Newton 1, 2, 3 dan Aplikasinya

 

Hukum Newton 1, 2, 3 - Apakah kamu pernah terfikir kenapa benda-benda bisa bergerak? Apakah sebenenarnya yang membuat benda yang ada di sekitar kita dapat bergerak? Apakah karena angin, apakah guncangan, dorongan, tarikan, bahan bakar? Terus kenapa ketika motor menabrak sesuatu, pengemudi bisa terpental ke arah depan sedangkan motornya berhenti? Apa yang menyebabkan hal itu bisa terjadi?

Mungkin pertanyaan-pertanyaan diatas mainstream banget, tapi sebetulnya banyak dari kita yang belum tau bagaimana hal tersebut bisa terjadi tanpa jawaban "takdir atau "dari sononya"hehe.

Ok jadi dulu pertanyaan mainstream yang kaya diatas pernah juga nih ditanyakan oleh seorang ilmuan fisika bernama Sir Issac Newton. Waktu itu dia penasaran banget dan dari rasa penasaran itulah dia mempelajari kenapa benda bisa bergerak. 

Setelah melakukan berbagai percobaan dan pengamatan secara empiris hasilnya pada tahun 1687 Newton memperkenalkan 3 hukum dinamika gerak dalam bukunya yang berjudul "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica". 

Sumber:en.wikipedia.org

Hukum inilah yang disebut sebagai "Hukum Gerak Newton" 

Sekarang setelah lebih dari 300 tahun Newton memperkenalkan hukumnya, di abad ini kita bisa ngejelasin dengan lebih akurat berbagai realitas alam yang terjadi di sekitar kita. Hal sederhana seperti kenapa sepeda bisa bergerak maju, kenapa pembalap terpental ketika menabrak dan kenapa lift dapat mengangkat kita keatas. Untuk mendeskripsikan realitas tersebut kita masih menggunakan hukum gerak Newton.

Penasaran kan apa aja 3 Hukum Gerak Newton? OK langsung aja kita bahas mengenai Hukum Newton 1, 2 dan 3!

Hukum Gerak Newton (Hukum Newton 1, 2 dan 3)

Hukum Newton 1

Benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan yang konstan sampai terdapat gaya lain yang dapat mempengaruhi perubahan geraknya

"Benda akan tetap diam atau bergerak dengan kecepatan tetap (dalam gerak lurus beraturan) jika resultan gaya yang bekerja pada benda itu sama dengan nol"

Dalam bentuk Matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

OK kadang gaya eksternal yang diaplikasikan pada benda itu ada yang vertikal dan horizontal. Jika gaya yang bekerja pada suatu benda dari berbagai arah, maka persamaannya bisa diuraikan terhadap komponen sumbu X, Y dan Z.

Jadi pada hukum pertama newton ini mendefinisikan adanya kelembaman/Inersia benda, yaitu keberadaan besaran yang dinamakan massa. Dimana semua benda bermassa pasti akan memiliki sifat inert dan besarnya inersia dari benda tergantung seberapa besar massanya.

Apa itu Inersia? 

Inersia adalah kecenderungan dari benda untuk mempertahankan keadaannya (baik itu ketika diam (V=0), ataupun ketika bergerak (V>0))

Keadaan gerak direpresentasikan oleh kecepatan, jadi sifat kelembaman ini mengukur kecenderungan benda mempertahannkan keadaan geraknya (baik pada saat diam maupun bergerak).

OK gw lanjutin mengenai pembahasan tentang massa diatas.  

Massa adalah ukuran kelembaman dari suatu benda

Simpelnya sih gini, jadi semakin besar massa maka benda akan semakin lembam. Ini terjadi karena semakin besar massa maka semakin besar pula gaya yang dibutuhkan untuk menggerakan benda tersebut.

"Hukum pertama Newton ini sering disebut dengan hukum inersia" 

Bahkan pada skala kosmos pun inersia ini masih berlaku dimana benda antariksa yang terus bergerak, perputaran planet-planet mengelilingi matahari (revolusi) dan rotasi bumi pun memenuhi hukum inersia.

Kalian tau kan bahwa bumi itu berotasi? 

Ya walaupun kita ga bisa ngerasain bahwa bumi ini berputar, tapi ada tanda yang bisa kita liat yaitu terjadinya siang dan malam karena gerak semu harian matahari yang kalau kita liat si geraknya dari timur ke barat.

Kalau kalian mau tau bumi kita itu berputar cepet banget, kurang lebih kecepatan putarnya di ekuator adalah 1600km/jam. Cepet banget kan! Bahkan dengan kecepat tersebut, bumi masih memerlukan waktu 23 jam 56 menit untuk berputar secara penuh 360 derajat (1 hari).

Terus kenapa kita ga bisa merasakan kecepatan rotasi bumi?

Ya singkatnya karena kecepatan putarannya konstan.

Nah selanjutnya, kalau bumi emang gerak/berputar kenapa dia ga berhenti? 

Jadi fenomena ini memenuhi hukum Newton pertama yaitu Inersia. Dimana bumi akan selalu mempertahankan keadaan geraknya selama tidak ada gaya eksternal yang cukup untuk menghentikan putaran bumi. 

Intinya gini kenapa benda-benda yang ada dipermukaan bumi bisa berhenti, itu disebabkan karena adanya resistansi contohnya gesekan entah itu karena adanya kontak antara 2 permukaan ataupun gesekan dengan udara. Sedangkan kita tau bahwa di luar angkasa itu adalah ruang hampa udara jadi ga ada gesekan udara sehingga resistansinya minim. Tidak ada gaya yang mempengaruhi kecepatan putaran bumi sehingga bumi terus berputar.

Sumber: Wikipedia

Contoh Soal Hukum 1 Newton:

1. Benda bermassa 4 Kg dikenai gaya seperti pada gambar dibawah. Tentukan nilai gaya F3, Jika benda bergerak lurus beraturan!

Jawab:

Karena gaya yang bekerjanya ada pada sumbu X, maka dapat diselesaikan sebagai berikut:

∑F_x = 0

F₂ + F_{3 −} F₁ = 0

5 + F₃  − 12 = 0

F₃  = 7N

2. Benda diam, Hitunglah gaya normal yang bekerja pada benda!

Diketahui: Massa = 2 Kg, Percepatan gravitasi = 10 m/S² 

^{Ditanyakan : Gaya Normal (N)}

^{Jawab: W = m x g}

                 ^{= 12 x 10 = 120 N}

^{Berdasarkan gambar diatas karna benda terletak di bidang datar dan dalam keadaan diam brarti pada benda tersebut hanya dikenai gaya berat (W) dan gaya Normal (N) karena kedua permukaan saling kontak.} 

Sehingga: N - W =0

                 ^{N - 120 = 0}

                 ^{N = 120 N}

Pada kondisi tersebut Besar gaya Normal adalah sebanding dengan gaya beratnya

3. Beban dengan massa 4 Kg seperti pada gambar di bawah. Tentukan nilai tegangan tali T₁ dan  T2!

Diketahui:

M  = 4 Kg

W  = 40

Pertama uraikan vektor dari gaya gaya yang bekerja pada sistem tersebut dengan membuat sumbu kartesius.

Jawab:

Untuk sumbu Y

∑F_y = 0

T₁y + T₂y – W = 0

T₁ sin 30⁰ + T₂ sin 60⁰ – 40 = 0

½ T₁ + ½ √3 T₂= 40    (dikalikan 2)

T₁ + √3 T₂ = 80   .......................1   

Untuk sumbu X

∑F_x = 0

T₂x – T₁x = 0

T₂ cos 60⁰ - T₁ cos 30⁰ = 0

½ T₂ - ½ √3 T₁= 0   

½ T₂  = ½ √3 T₁  (dikalikan 2)

T₂  = T₁√3   .......................2  

Masukan persamaan 2 ke persamaan 1

T₁ + √3 T₁√3   = 80  

T₁ + 3 T₁  = 80  

4 T₁ = 80  

T₁ = 20 N

Tegangan Tali T₂

T₂  = T₁√3  

T₂  = 20√3 N

 Hukum Newton 2

Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada sebuah benda adalah berbanding lurus dengan besar gaya itu, searah dengan gaya itu, dan berbanding terbalik dengan massa benda itu

Jadi pada hukum newton pertama, benda akan cenderung mempertahankan keadaan geraknya selama tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut. Apa yang akan terjadi jika ada resultan gaya yang diaplikasikan pada benda tersebut??

Ternyata berdasarkan hasil eksperimen newton, benda tersebut akan mengalami perubahan kecepatan.

Jika gaya yang diberikan searah dengan arah gerak benda maka benda tersebut akan dipercepat dan jika gaya yang diberikan berlawanan arah dengan arah gerak benda maka benda tersebut diperlambat. 

Hukum ke 2 berhubungan erat dengan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) 

 

OK gw lanjutin, ternyata selain menemukan bahwa gaya dapat mengubah percepatan dari suatu benda Newton juga menemukan hubungan antara gaya dengan massa suatu benda. Dimana udah gw jelasin diatas bahwa massa itu adalah ukuran kelembaman dari suatu benda.

Mungkin supaya kalian lebih ngerti gw bisa ngasih contoh gini:

Kita membutuhkan gaya yang lebih besar untuk mendorong mobil daripada motor. 

OK jadi gini, kalau misalnya mobil yang mogok tersebut hanya didorong oleh satu orang, maka mobil itu akan bergerak dengan percepatan yang lebih lambat dibanding dengan didorong oleh 3 orang. Artinya gaya yang diberikan pada mobil itu lebih besar. 

Gaya adalah penyebab benda bergerak

Nah selanjutnya bagaimana jika ada gaya yang sama diberikan pada benda yang berbeda massanya??

Misalnya pada mobil dan motor. Tentu kita dapat mengamati bahwa percepatan yang dialami kmotor akan lebih besar dengan percepatan yang dialami mobil.

Inilah hubungan gaya dengan massa suatu benda dalam Hukum gerak Newton yang kedua.

Dalam bentuk Matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

Dimana:

∑F = Jumlah semua resultan gaya yang diaplikasikan pada benda  (N)

m   = Massa benda (Kg)

a    = Percepatan benda (m/s²)   

Karena hukum ke 2 berhubungan erat dengan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) Maka kita harus ingat kembali persamaan-persamaan daam gerak lurus seperti:

Jarak yang ditempuh suatu benda:

S = V0 t + 1/2 a t²      atau     S = 1/2  t (V1+V0)

Kecepatan Benda

V1 = V0 + a.t            atau    Vt² = V0² + 2.a.s  

Contoh Soal Hukum 2 Newton:

 1. Balok bermassa 4 Kg berada diatas meja, kemudian ditarik dengan 2 buah gaya yang berlawanan arah sebesar 4 N dan 12 N. Tentukan kecepatan balok itu selama 2 sekon gaya bekerja!

Diketahui : F1 = 12 N

                   F2 = 4 N

                    m = 4 Kg

                    t   = 2 sekon

Ditanyakan V?

Jawab: V1 = V0 + a.t  , karena nilai a belum diketahui maka kita cari terlebih dahulu nilai percepatannya

∑F = m x a

12 - 4 = 4a

a  = 2 m/S²

^{Kecepatan balok (V)}

V1 = V0 + a.t

     = 0 + 2 x 2

     = 4 m/s

2. Sebuah balok massanya 10 Kg berada di atas lantai. Balok kemudian ditarik dengan gaya 30 N secara mendatar, Tentukan:

a. Percepatan benda

b. Kecepatan setelah gaya bekerja 5 sekon

c. jarak yang ditempuh pada detik ke 10

Diketahui :   m = 10 Kg

                      F = 30 N

                    V0 = 0 (kecepatan awal)

Jawab  :

a. Percepatan yang dialami balok

F = m x a

30 = 10 a

a = 3 m/S²

b. Kecepatan benda

V1 = V0 + a.t

     = 0 + 3 x 5

     = 15 m/s

c. Jarak yang ditempuh

S = V0 t + 1/2 a t² 

    = 0 x 10 +  1/2 x 3 x 100

   = 150 m 

3.Mobil dengan massa 1200 kg bergerak dengan kecepatan 36 km/jam, setelah bergerak 10 detik kecepatan mobil berubah menjadi 72 km/jam. Tentukan gaya yang bekerja pada mobil itu!

Diketahui:

V₀ = 36 km/jam = 10 m/s

V_t = 72 km/jam = 20 m/s

t    = 10 s

m  = 1200 Kg

Jawab:

V_t = V₀ + a. t                                            

20 = 10 + a.10                                               

a.10 = 20-10                                             

10a = 10

a = 1

Jadi gaya yang bekerja pada mobil adalah

F  = m x a

    = 1200 x 1

    = 1200 N

4.Perhatikan gambar di bawah ini!

Terdapat dua balok. Balok 1 bermassa 2 Kg dan balok 2 bermassa 8 Kg berada di lantai kasar dengan koefisien gesekan kinetik 0.1. Tentukan gaya kontak antara kedua benda tersebut!

Diketahui:     m₁ = 2 Kg
                      m₂ = 8 Kg
                        F  = 40 N
                      µk  = 0.1

 

Percepatan sistem akibat diaplikasikan gaya:

∑F_sistem = m_sis x a
F – F_kinetik = m_total x a
F - µk.N = m_totalx a
40 – 0.1 x 100 = (2+8) x a
a = 3m/s²

 

Gaya Tekan yang diberikan benda 1 ke benda 2

∑F₂ = m₂ x a

F₁₂ - µk.N₂= m₂ x a

F₁₂ = 8 (3) + (0.1).(80) = 32 N

    

 Hukum Newton 3

Untuk setiap aksi, selalu ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah

 

Sederhananya kalau kamu ngasih gaya ke suatu benda maka benda tersebut akan memberikan gaya yang sama besar kembali ke kamu. 

 Contoh 1

Contoh 2

Dalam bentuk Matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

 Gaya akan selalu muncul secara berpasangan

Sekian pembahasan mengenai Hukum Newton 1, 2 dan 3. Untuk artikel lain mengenai sains, bisa kalian akses pada artikel lain di ilmuotomotif.com, semoga bermanfaat.

Referensi:

Abdullah, Mikrajudin.(2016). Fisika Dasar I, Bandung, Institut Teknologi Bandung.

Giancoli,D.C. (2006). Fisika, Jilid I,edisi kelima.Jakarta: Erlangga.

P.A. Tipler. (1988). Fisika Untuk Sains dan Teknik, Jakarta: Erlangga.

Hamidah, Ida. (2009). Fisika I, Bandung: Universitas Pendidikan Indonesia.

Location:

Share :