CATATAN BELAJAR HUKUM NEWTON

Daftar Isi:

1. Konsep Massa
2. Konsep Berat
3. Hukum I Newton
4. Hukum II Newton
5. Hukum III Newton
6. Contoh Soal Pasangan Gaya Aksi-Reaksi
7. Jawaban Soal Pasangan Gaya Aksi-Reaksi

Ilmu tentang gerak yang memperhitungkan penyebab benda bergerak dan pengaruhnya terhadap gerak benda (sistem) disebut dinamika. Seperti yang telah dijelaskan pada materi tentang gerak bahwa penyebab benda dapat bergerak dari keadaan diam adalah gaya. Menentukan bagaimana gaya-gaya dari lingkungan ini mempengaruhi keadaan gerak benda berkaitan dengan mekanika klasik. Mekanika klasik atau disebut juga mekanika Newton (Hukum Gerak) berisi teori tentang gerak yang didasarkan pada penyebab benda bergerak, yaitu gaya.

Konsep yang berkaitan erat dengan Hukum-hukum Newton adalah gaya, massa, dan percepatan. Hukum Newton tentang gerak terdiri dari tiga bagian, yaitu Hukum I Newton, Hukum II Newton, dan Hukum III Newton.

 

1. Konsep Massa

Massa merupakan ukuran kemalasan (kelembaman/inersia) benda untuk mengubah keadaan geraknya karena pengaruh gaya. Massa termasuk dalam besaran skalar, yaitu besaran yang hanya memiliki nilai. Kelembaman (inersia) adalah kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan gerak awalnya. Jika awalnya diam maka benda akan cenderung untuk tetap diam. Begitu juga sebaliknya, jika awalnya bergerak maka benda cenderung akan tetap bergerak.

          Satuan SI untuk massa adalah kilogram (kg). Sedangkan dalam sistem CGS, satuan massa adalah gram (g). Hubungan 1 kg dengan 1 g adalah sebagai berikut:

1 kg = 1000 g = 10³ g

 

2. Konsep Berat

Konsep berat berkaitan dengan massa. Besarnya gaya gravitasi yang bekerja pada benda bermassa m di dekat permukaan Bumi disebut berat. Berbeda dengan massa, berat bukan merupakan sifat khas dari benda. Nilai dari berat bergantung pada lokasi dimana benda tersebut berada. Suatu benda akan memiliki berat yang berbeda antara di permukaan Bumi dan di permukaan Bulan karena percepatan gravitasi Bulan adalah 1/6 dari percepatan gravitasi Bumi. Sedangkan nilai massa adalah tetap, baik ketika di permukaan Bumi maupun ketika di permukaan Bulan. Berat dirumuskan sebagai berikut:

w = m.g

Keterangan:

w = berat (N)

m = massa (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s²) 

Bentuk lain dari persamaan di atas, untuk mencari massa (m) jika berat (w) dan percepatan gravitasi (g) diketahui adalah sebagai berikut:

Besar percepatan gravitasi (g) Bumi adalah 9,8 m/s², biasanya untuk mempermudah perhitungan nilai g ini digenapkan menjadi 10 m/s². Umumnya berat disebut dengan gaya berat. 

 

3. Hukum I Newton

Bunyi Hukum I Newton, yaitu:

“Jika tidak ada gaya luar (eksternal) yang bekerja pada sebuah benda, maka keadaan gerak benda akan tetap seperti keadaan awalnya (semula diam akan tetap diam atau semula bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan)”

Gaya eksternal atau gaya luar yang dimaksud adalah gaya yang berasal dari interaksi antara benda dengan lingkungannya. Dengan kata lain, sebuah benda yang keadaan awalnya diam akan tetap diam jika tidak ada gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Begitu juga untuk benda yang semula sedang bergerak, benda akan terus bergerak. Selama tidak ada gaya dari luar yang tiba-tiba bekerja pada benda tersebut, maka kecepatan gerak bendanya tidak akan berkurang atau bertambah. Adapun persamaan Hukum I Newton dirumuskan sebagai berikut: 

ΣF = 0

Keterangan:

ΣF = reslutan gaya eksternal/luar (N)

dengan Σ (dibaca: sigma) merupakan simbol resultan. Persamaan di atas menunjukkan bahwa jika nilai/besar resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada benda adalah nol, maka benda tetap pada keadaan gerak awalnya. Jika semula diam, maka benda tidak akan bergerak atau tetap diam. Begitu juga sebaliknya, jika benda semula bergerak maka akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan/tetap.

Sebagai contoh, teko dan cangkir yang keadaan awalnya tidak bergerak/diam dan berada di atas sebuah meja akan tetap diam selama tidak ada gangguan dari lingkungan terhadap teko dan cangkir tersebut (teko dan gelas yang diam disebut sistem). 

Gambar 1 Teko dan cangkir di atas meja keadaan awal diam akan cenderung tetap diam/tidak bergerak

Beberapa contoh hukum I Newton yang dapat ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya adalah:

1.   Menarik selembar kertas di bawah buku tebal dengan sangat cepat atau menarik taplak meja di bawah beberapa piring dan gelas dengan sangat cepat.

2.   Terdorong ke depan ketika sepeda motor yang sedang bergerak tiba-tiba mengerem, begitu juga sebaliknya akan terdorong/tersentak ke belakang ketika sepeda motor yang semula diam tiba-tiba bergerak.

3.   Telur matang dapat berputar sementara telur mentah tidak, hal ini dikarenakan cairan pada telur mentah cenderung untuk tetap diam mempertahankan keadaannya (kelembaman/inersia).

4.  Apel yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu dengan pisau tajam di bawahnya. Karena apel yang sedang bergerak akan cenderung tetap bergerak maka apel akan terbelah ketika melewati pisau tajam tersebut.

4. Hukum II Newton

Bunyi Hukum II Newton:

“Percepatan yang dihasilkan oleh suatu gaya eksternal pada suatu benda, berbanding lurus (sebanding) dengan resultan gaya eksternal tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda”

Arti dari berbanding lurus (sebanding) pada bunyi Hukum II Newton di atas adalah semakin besar gaya eksternal (ΣF), maka semakin besar percepatan benda. Begitu juga sebaliknya, jika gaya eksternalnya (ΣF) kecil maka percepatan benda juga kecil.

Sedangkan maksud dari berbanding terbalik adalah semakin besar massa benda, maka semakin kecil percepatan benda. Begitu juga sebaliknya, semakin kecil massa benda maka percepatan semakin besar. Sebagai contoh, ketika mendorong meja dan kursi akan lebih cepat mendorong kursi yang massanya jauh lebih kecil dari meja. Dengan kata lain, percepatan pada kursi lebih besar dibandingkan percepatan meja.

Gambar 2 Percepaan benda berbanding terbalik dengan massa benda

            Bentuk persamaan Hukum II Newton jika dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

a     = percepatan benda (m/s²)

ΣF   = resultan gaya eksternal/luar (N)

m    = massa benda (kg)

Bentuk lain dari persamaan kelajuan, untuk mencari massa (m) jika gaya (ΣF) dan percepatan (a) benda diketahui adalah sebagai berikut:

Sedangkan untuk mencari resultan gaya eksternal (ΣF) jika massa (m) dan percepatan (a) benda diketahui adalah sebagai berikut:

ΣF = m.a

 

5. Hukum III Newton

Bunyi Hukum III Newton:

“Jika dua benda berinteraksi, gaya (F_AB) yang dikerjakan oleh benda A pada benda B adalah sama besar dengan gaya (F_BA) yang dikerjakan benda oleh benda B pada benda A, tetapi arahnya berlawanan”

Dengan kata lain, besar gaya reaksi sama dengan gaya aksi namun arahnya berlawanan dari gaya aksi.

Gaya aksi = - Gaya reaksi

Jika ditulis dalam bentuk persamaan, maka persamaan Hukum III Newton adalah sebagai berikut:

F_aksi = - F_reaksi

Perhatikan Gambar 3 dibawah ini untunk memahami bentuk dari pasangan gaya aksi-reaksi.

Gambar 3 Pasangan gaya aksi-reaksi

Berdasarkan Gambar 3 di atas, pasangan gaya aksi-reaksi untuk teko di atas meja adalah gaya normal (N) yang diberikan oleh meja pada teko (gaya aksi), sedangkan gaya reaksinya adalah gaya yang diberikan oleh meja pada teko yang ditandai dengan N’.

Pasangan gaya aksi-reaksi lainnya pada Gambar 3 di atas adalah, gaya yang dikerjakan oleh Bumi pada meja (w), sedangkan gaya reaksinya adalah gaya yang dikerjakan oleh meja pada Bumi yang ditandai dengan w’.

Perlu diketahui bahwa N dan w, N dan w’, w’ dan N’, serta N’ dan w adalah bukan pasangan gaya aksi-reaksi.

6. Contoh Soal Pasangan Gaya Aksi-Reaksi

Sebuah teko berada di atas meja seperti pada Gambar 4. Sebutkan mana sajakah yang merupakan pasangan gaya aksi-reaksi!

Gambar 4 Soal pasangan gaya aksi-reaksi

7. Jawaban Soal Pasangan Gaya Aksi-Reaksi

Yang merupakan pasangan gaya aksi-reaksi adalah sebagai berikut:

    

1.     w_teko dan w’_teko

2.     w_meja dan w’_meja

3.     N dan N’

    Sekian penjelasan ringkas tentang Hukum-hukum Newton tentang gerak. Semoga dapat bermanfaat (و •̀ ᴗ•́ )و