Hukum Newton 205h6t

“HUKUM NEWTON, BERAT DAN GAYA NORMAL, GAYA GESEKAN DAN TEGANGAN TALI”

A. Hukum Newton Gaya adalah tarikan atau dorongan yang menyebabkan benda bergerak. Gaya dapat menyebabkan perubahan pada benda, yaitu perubahan bentuk, sifat gerak benda, kecepatan, dan arah gerak benda. Sebuah gaya memiliki nilai dan arah, sehingga merupakan vektor yang mengikuti aturan-aturan penjumlahan vector.

Perpustakaan-cyber.blogspot.com Gambar 1. Orang mendorong piano 1. Kelembaman (Hukum I Newton) Isaac Newton (1642-1727), membangun teori geraknya yang terkenal. Analisis Newton tentang gerak dirangkum dalam “tiga hukum gerak”-nya yang terkenal. Pada kenyataannya, hukum pertama Newton tentang gerak sangat dekat dengan kesimpulan Galileo. Hukum I Newton menyatakan bahwa:

“Setiap benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus, kecuali jika diberi gaya total yang tidak nol.”

Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau gerak tetapnya pada garis lurus disebut inersia (kelembaman). Sehingga, Hukum I Newton sering disebut Hukum Inersia. Kerangka acuan di mana Hukum I Newton berlaku disebut kerangka acuan inersia.

1

Galileo menyatakan bahwa untuk mengubah kecepatan (keadaaan) suatu benda diperlukan pengaruh gaya dari luar. Prinsip Galileo ini diambil oleh Isaac Newton sebagai suatu hukum yang dikenal dengan hukum Newton pertama: “ Dalam kerangka inersia, setiap benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali jika ia dipaksa mengubah keadaan tersebut oleh gaya-gaya dari ingkungan tempat benda berada ” Tersirat dalam hukum pertama bahwa tidak ada perbedaan antara pengertian tidak ada gaya sama sekali dengan gaya-gaya yang resultannya adalah nol. Jadi bentuk lain dari hukum newton pertama adalah ( yang biasanya diadopsi oleh setiap buku SMA): Secara matematis: V=0 ∑⃗ V = konstan dimana ∑ ⃗ adalah resultan gaya-gaya dari luar atau lingkungan. Dalam menyampaikan materi ini pada anak SMA bisa dipaparkan contoh sebagai berikut: Saat kendaraan yang Anda naiki direm secara mendadak, maka Anda akan terdorong ke depan dan saat kendaraan yang Anda naiki tiba-tiba bergerak, maka Anda akan terdorong ke belakang (fakta kelembaman).

Perpustakaan-cyber.blogspot.com

2

Gambar 5. Uang logam yang berada di dalam korek api cenderung diam ketika di pukulpukul. 2. Hubungan massa dengan percepatan (Hukum II Newton) Hukum I Newton menyatakan bahwa jika tidak ada gaya total yang bekerja pada sebuah benda, maka benda tersebut akan tetap diam, atau jika sedang bergerak, akan bergerak lurus beraturan (kecepatan konstan). Selanjutnya, apa yang terjadi jika sebuah gaya total diberikan pada benda tersebut? Newton berpendapat bahwa kecepatan akan berubah. Bagaimana hubungan antara percepatan dan gaya? Pengalaman sehari-hari dapat menjawab pertanyaan ini. Ketika kita mendorong kereta belanja, maka gaya total yang terjadi merupakan gaya yang kita berikan dikurangi gaya gesek antara kereta tersebut dengan lantai. Jika kita mendorong dengan gaya konstan selama selang waktu tertentu, kereta mengalami percepatan dari keadaan diam sampai laju tertentu, misalnya 4 km/jam. Jika kita mendorong dengan gaya dua kali lipat semula, maka kereta mencapai 4 km/jam dalam waktu setengah kali sebelumnya. Ini menunjukkan percepatan kereta dua kali lebih besar. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang diberikan. Selain bergantung pada gaya, percepatan benda juga bergantung pada massa. Jika kita mendorong kereta belanja yang penuh dengan belanjaan, kita akan menemukan bahwa kereta yang penuh memiliki percepatan yang lebih lambat. Dapat disimpulkan bahwa makin besar massa maka akan makin kecil percepatannya, meskipun gayanya sama. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massanya. Hubungan ini selanjutnya dikenal sebagai Hukum II Newton, yang bunyinya sebagai berikut:

“Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya.”

Hukum II Newton tersebut dirumuskan secara matematis dalam persamaan: 3

ΣF = m.a dengan: a = percepatan (m/s2) m = massa benda (kg) ΣF = resultan gaya (N) Satuan gaya menurut SI adalah newton (N). Dengan demikian, satu newton adalah gaya yang diperlukan untuk memberikan percepatan sebesar 1 m/s2 kepada massa 1 kg. Dari definisi tersebut, berarti 1 N = 1 kg.m/s2. Dalam satuan cgs, satuan massa adalah gram (g). Satuan gaya adalah dyne, yang didefinisikan sebagai besar gaya yang diperlukan untuk memberi percepatan sebesar 1 cm/s2 kepada massa 1 g. Dengan demikian, 1 dyne = 1 g.cm/s2. Hal ini berarti 1 dyne = 10-5 N. Hubungan gaya dengan percepatan dirumuskan Newton melalui hukum kedua yaitu: “Percepatan yang ditimbulkan oleh suatu gaya F yang bekerja pada suatu benda bermassa m berbanding lurus dan searah dengan gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa benda”

Secara matematis: a=∑

⃗

Dalam system SI satuan gaya adalah kg m/s2 atau newton dan disingkat N 1 Newton = 1 kg m/ s2 1 Newton = 105 gr cm/s2 1

Newton = 105 dyne

3. Hubungan gaya aksi dengan gaya reaksi (Hukum III Newton)

4

Hukum II Newton menjelaskan secara kuantitatif bagaimana gaya-gaya memengaruhi gerak. Tetapi kita mungkin bertanya, dari mana gaya-gaya itu datang? Berdasarkan pengamatan membuktikan bahwa gaya yang diberikan pada sebuah benda selalu diberikan oleh benda lain. Sebagai contoh, seekor kuda yang menarik kereta, tangan seseorang mendorong meja, memukul/ mendorong paku, atau magnet menarik paku. Contoh tersebut menunjukkan bahwa gaya diberikan pada sebuah benda, dan gaya tersebut diberikan oleh benda lain.

Perpustakaan-cyber.blogspot.com Gambar 6. Interaksi palu dan pasak merupakan gaya aksi- reaksi Newton menyadari bahwa hal ini tidak sepenuhnya seperti itu. Memang benar tangan memberikan gaya pada meja. Tetapi meja tersebut jelas memberikan gaya kembali kepada tangan. Dengan demikian, Newton berpendapat bahwa kedua benda tersebut harus dipandang sama. Tangan memberikan gaya pada meja, dan meja memberikan gaya balik kepada tangan. Hal ini merupakan inti dari Hukum III Newton, yaitu: “Ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap benda pertama.”

Hukum III Newton ini kadang dinyatakan sebagai hukum aksi-reaksi, “untuk setiap aksi ada reaksi yang sama dan berlawanan arah”. Untuk menghindari kesalahpahaman, sangat penting untuk mengingat bahwa gaya “aksi” dan gaya “reaksi” bekerja pada benda yang berbeda. Kebenaran Hukum III Newton dapat 5

ditunjukkan dengan contoh berikut ini. Perhatikan tangan kalian ketika mendorong ujung meja. Bentuk tangan kalian menjadi berubah, bukti nyata bahwa sebuah gaya bekerja padanya. Kalian bisa melihat sisi meja menekan tangan kalian. Mungkin kalian bahkan bisa merasakan bahwa meja tersebut memberikan gaya pada tangan kalian; rasanya sakit! Makin kuat kalian mendorong meja itu, makin kuat pula meja tersebut mendorong balik. Perhatikan bahwa kalian hanya merasakan gaya yang diberikan pada kalian, bukan gaya yang kalian berikan pada benda-benda lain. 4. Penerapan Hukum Newton Dalam Kehidupan Sehari-Hari a. Gerak pada bidang datar

A

B

C Perpustakaan-cyber.blogspot.com Gambar 7. Gerak pada bidang datar Perhatikan (A) Sebuah benda yang terletak di atas bidan datar licin ditarik horizontal dengan gaya F. Ternyata benda tersebut bergerak dengan percepatan a. Karena benda bergerak pada sumbu X (horizontal), maka gaya yang bekerja pada benda tersebut dapat dituliskan sebagai berikut. a=∑

⃗

Bagaimana jika gaya tarik F membentuk sudut (Gambar (B))? Komponen yang menyebabkan benda bergerak di atas bidang datar licin adalah komponen horizontal F, yaitu Fx. Oleh karena itu, persamaannya dapat ditulis sebagai berikut: 6

Fx = F cos

Sesuai dengan hukum II Newton, percepatan benda adalah sebagai berikut. a=

Kasus gambar yang C untuk benda yang bergerak pada bidang yang tidak licin( ada gaya gesek nya). b. Gerak pada benda yang miring

Perpustakaan-cyber.blogspot.com Gambar 8. Gerak pada benda yang miring c. Gerak dua benda yang bersentuhan

Perpustakaan-cyber.blogspot.com Gambar 9. Gerak dua benda yang bersentuhan

d. Gerak benda yang dihubungkan dengan katrol

7

Mechinics-03-10.blogspot.com Gambar 10. Katrol e. Gaya tekan kaki pada lantai lift

EZ@IN_PUSTAKA » Blog Archive » Gaya Tekan Kaki pada Lantai Lift_files

B. BERAT

8

Kita harus dapat membedakan antara massa dan berat. Massa merupakan ukuran banyaknya materi yang dikandung oleh suatu benda. Massa (m) suatu benda besarnya selalu tetap dimanapun benda tersebut berada, satuannya kg. Berat (w) merupakan gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda. Satuan berat adalah Newton (N). Hubungan antara massa dan berat dijelaskan dalam hukum II Newton. Misalnya, sebuah benda yang bermassa m dilepaskan dari ketinggian tertentu, maka benda tersebut akan jatuh ke bumi. Jika gaya hambatan udara diabaikan, maka gaya yang bekerja pada benda tersebut hanyalah gaya gravitasi (gaya berat benda). Benda tersebut akan mengalami gerak jatuh bebas dengan percepatan ke bawah sama dengan percepatan gravitasi. Jadi, gaya berat (w) yang dialami benda besarnya sama dengan perkalian antara massa (m) benda tersebut dengan percepatan gravitasi (g) di tempat itu. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut. w=m×g

Keterangan : w : gaya berat (N) m : massa benda (kg) g : percepatan gravitasi (ms-2)

C. GAYA NORMAL Kita ketahui bahwa benda yang dilepaskan pada ketinggian tertentu akan jatuh bebas. Bagaimana jika benda tersebut di letakkan di atas meja,buku misalnya? Mengapa buku tersebut tidak jatuh? Gaya apa yang menahan buku tidak jatuh? Gaya yang menahan buku agar tidak jatuh adalah gaya tekan meja pada buku. Gaya ini ada karena permukaan buku bersentuhan dengan permukaan meja dan sering disebut gaya normal. Gaya normal (N) adalah gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan antara dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Jadi, pada buku terdapat dua gaya yang bekerja, yaitu gaya normal (N) yang berasal dari meja dan gaya berat (w). Kedua gaya tersebut besarnya sama tetapi berlawanan arah, sehingga membentuk keseimbangan pada buku. 9

Perhatikan Gambar

fisika-edu.blogspot.com Gambar 2. Arah gaya normal D. GAYA TEGANGAN TALI Gaya tegangan tali adalah gaya pada tali ketika tali tersebut dalam keadaan tegang. Arah gaya tegangan tali bergantung pada titik atau benda yang ditinjau. Berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda. Akibat gaya ini, benda yang jatuh bebas akan memperoleh percepatan a= g (percepatan gravitasi bumi).

Perpustakaan-cyber.blogspot.com Gambar 3. Arah gaya tegangan tali

E. GAYA GESEKAN Gaya gesekan adalah gaya yang terjadi antara dua permukaan benda yang bersentuhan.Jika kita mendorong sebuah almari besar dengan gaya kecil, maka almari tersebut dapat dipastikan tidak akan bergerak (bergeser). Jika kita mengelindingkan sebuah bola di lapangan rumput, maka setelah menempuh jarak tertentu bola tersebut pasti berhenti. Mengapa hal-hal tersebut dapat terjadi? Apa yang menyebabkan almari sulit di gerakkan dan bola berhenti setelah menempuh jarak tertentu? Gaya yang melawan gaya yang Anda berikan ke almari atau gaya yang menghentikan gerak bola adalah gaya gesek. 10

Gaya gesek adalah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Untuk benda yang bergerak di udara, gaya geseknya bergantung pada luas permukaan benda yang bersentuhan dengan udara. Makin besar luas bidang sentuh, makin besar gaya gesek udara pada benda tersebut sedangkan untuk benda padat yang bergerak di atas benda padat, gaya geseknya tidak tergantung luas bidang sentuhnya. Gaya gesekan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetis. Gaya gesek statis (fs) adalah gaya gesek yang bekerja pada benda selama benda tersebut masih diam. Menurut hukum I Newton, selama benda masih diam berarti resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah nol. Jadi, selama benda masih diam gaya gesek statis selalu sama dengan yang bekerja pada benda tersebut. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut. fs, maks =μs N Keterangan: fs : gaya gesekan statis maksimum (N) μs : koefisien gesekan statis. Gaya gesek kinetis (fk) adalah gaya gesek yang bekerja pada saat benda dalam keadaan bergerak. Gaya ini termasuk gaya dissipatif, yaitu gaya dengan usaha yang dilakukan akan berubah menjadi kalor. Perbandingan antara gaya gesekan kinetis dengan gaya normal disebut koefisien gaya gesekan kinetis (ms). Secara matematis dapat di tulis sebagai berikut. Fk= μk N Keterangan: fk : gaya gesekan kinetis (N) μk : koefisien gesekan kinetis

11

Perpustakaan-cyber.blogspot.com Gambar 4. Arah gaya gesekan

SOAL DAN JAWABAN MATERI YANG TERKAIT Jawablah pertanyaan berikut dengan jelas dan singkat pada lembar jawaban yang sudah disediakan menggunakan buku sumber yang relevan! No Pertanyaan/ Instruksi pada siswa 1

Respon/ kerja siswa

Perhatikan gambar berikut!

Dari gambar tersebut apa yang anda ketahui tentang gaya?

2

Jelaskan jenis-jenis gaya yang anda ketahui!

3

Hitunglah gaya total yang dibutuhkan untuk mempercepat mobil dengan massa 1000 kg sebesar g!

4

Apa perbedaan antara massa dengan berat? 12

5

Kenapa hukum I Newton sering disebut hukum inersia?

6

Mengapa gaya gesek kinetis termasuk gaya dissipative?

7

Bagaimana pendapat anda tentang hubungan gaya dengan percepatan?

8

Apa

yang

penerapan

anda hukum

ketahui Newton

tentang dalam

kehidupan sehari-hari? 9

Berapa

besar

dibutuhkan

gaya

untuk

total

yang

memberhentikan

mobil dengan massa 1500 kg dari laju 100 km/jam dalam jarak 55 m?

10

Apa yang membuat mobil bergerak maju?

JAWABAN SOAL 1. Gaya merupakan tarikan atau dorongan yang menyebabkan benda bergerak. 2. Jenis-jenis gaya: a. Gaya berat Berat (w) merupakan gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda. Satuan berat adalah Newton (N). w=m×g

Keterangan : w : gaya berat (N) m : massa benda (kg) g : percepatan gravitasi (ms-2) b. Gaya normal

13

Gaya normal (N) adalah gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan antara dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. c. Gaya tegangan tali Gaya tegangan tali adalah gaya pada tali ketika tali tersebut dalam keadaan tegang. d. Gaya gesekan Gaya gesekan adalah gaya yang terjadi antara dua permukaan benda yang bersentuhan. Gaya gesek adalah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Gaya gesek statis (fs) adalah gaya gesek yang bekerja pada benda selama benda tersebut masih diam. fs, maks =μs N Gaya gesek kinetis (fk) adalah gaya gesek yang bekerja pada saat benda dalam keadaan bergerak. Fk= μk N Keterangan: fk : gaya gesekan kinetis (N) μk : koefisien gesekan kinetis 3. Diket:

a = g = (10 m/s2) = 5 m/s2 m = 1000 kg

Jawab:

ΣF = m.a ΣF = (1000 kg) (5 m/s2) = 5000 N.

4. Massa merupakan ukuran banyaknya materi yang dikandung oleh suatu benda. Massa (m) suatu benda besarnya selalu tetap dimanapun benda tersebut berada,

14

satuannya kg. Berat (w) merupakan gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda. Satuan berat adalah Newton (N). 5. Karena kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau gerak tetapnya pada garis lurus disebut inersia (kelembaman). 6. Karena gaya dengan usaha yang dilakukan akan berubah menjadi kalor. 7. Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. 8. Contoh penerapan hukum Newton: a.

Gerak pada bidang datar

b. Gerak pada benda yang miring c. Gerak dua benda yang bersentuhan d. Gerak benda yang dihubungkan dengan katrol e. Gaya tekan kaki pada lantai lift 9. Diket:

v0 = 100 km/jam = 28 m/s X – X0 = 55 m

Tanya: ΣF Jawab: a =

= = - 7, 1 m/s2 ΣF = m.a ΣF = (1500 kg) (-7,1 m/s2) = -1,1 x 104 N. 10.

Jawaban yang umum adalah mesin membuat mobil bergerak maju. Tetapi tidak

semudah itu. Mesin membuat roda berputar. Tetapi apa gunanya jika mobil tersebut berada di es atau lumpur? Mobil itu hanya berputar. Sebuah mobil bergerak maju karena gaya gesekan yang diberikan jalan pada rodanya, dan gaya ini adalah reaksi terhadap gaya yang diberikan pada jalan oleh roda. 15