HUKUM I & II NEWTON

Pernahkah kalian mengalami peristiwa seperti pada gambar di atas?

Ketika kalian mengendarai mobil dengan kecepatan tinggi tiba-tiba direm secara mendadak. Apa yang terjadi? Kalian seperti ikut terdorong ke depan. Apalagi jika kalian tidak menggunakan sabuk pengaman, maka tidak ada yang menahan kalian sehingga akan terdorong lebih jauh ke depan bahkan bisa membentur bagian mobil yang ada di depan kalian.

Mengapa ketika mobil yang sedang melaju kencang kemudian tiba-tiba direm hingga berhenti membuat penumpang seolah-olah terdorong ke depan?

Peristiwa di atas merupakan salah satu aplikasi dari hukum Newton yang biasa disebut dengan hukum kelembaman.

Apa yang dimaksud dengan kelembaman?

Untuk lebih memahami tentang sifat kelembaman benda, lakukanlah kegiatan berikut.

========================================================================

Tujuan

          Mendemonstrasikan kelembaman

Alat dan bahan

-          Sebutir kelereng besar

-          Selembar kertas

-          Meja dengan permukaan kaca

Langkah kerja

1. Letakkan selembar kertas di atas meja dengan permukaan licin (misalnya permukaannya dilapisi kaca). Taruh sebuah kelereng besar di atas kertas
2. Tarik kertas secara perlahan tetapi tidak sampai jatuh dari meja
3. Ulangi langkah 1, kemudian tariklah kertas secara cepat dengan satu sentakan. Bagaimanakah dengan keadaan gerak kelereng?
4. Ulangi langkah 1, tetapi sekarang tariklah kertas secara perlahan kemudian hentikan tarikan anda. Bagaimanakah dengan keadaan gerak kelereng?

Berdasarkan kegiatan di atas dapat kita pahami bahwa suatu benda cenderung mempertahankan keadaan geraknya. Benda yang mula-mula diam akan mempertahankan keadaan diamnya (malas bergerak), dan benda yang mula-mula bergerak akan mempertahankan keadaan bergeraknya (malas berhenti). Sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaan geraknya (diam atau bergerak) inilah yang disebut sebagai kelembaman atau inersia. Oleh karena itu, hukum I Newton disebut juga dengan hukum kelembaman atau hukum inersia.

=====================================================================

Orang zaman dahulu telah mengenal gerak dalam kehidupan sehari-hari. Ilmuwan Yunani yang terkenal bernama Aristoteles membagi gerak menjadi dua yaitu gerak alami dan gerak paksa. Gerak alami merupakan gerak yang tidak disebabkan oleh gaya, misalnya gerak ke atas (batu besar yang jatuh ke bawah) dan gerak ke atas (asap yang merupakan benda ringan bergerak ke atas dalam udara). Contoh gerak alami lainnya adalah gerak melingkr karena tak berawal dan tak berakhir, sehingga gerakan planet dalam tata surya merupakan contoh dari gerak alami. Gerak paksa merupakan gerkan yang disebabkan oleh gaya seperti dorongan atau tarikan. Contoh gerak paksa adalah gerobak yang dapat berjalan karena ditarik kuda, dan kapal berlayar karena dorongan angin. Yang terpenting adalah gerak paksa selalu disebabkan oleh gaya – gaya luar, maka suatu waktu benda akan kembali ke keadaan alaminya, yaitu diam. Benda tidak mungkin mempertahankan geraknya oleh dirinya sendiri.

Kira-kira 2000 tahun kemudian Galileo Galilei menemukan kesimpulan yang sangat berbeda dengan Aristoteles. Galileo melakukan sebuah eksperimen yaitu dengan membuat suatu lintasan lengkung yang sangat licin, kemudian dia menjatuhkan sebuah bola pada lintasan lengkung tersebut. Dia mengamati bola bergerak turun dan mendaki lengkungan kanan sampai hampir sama dengan ketinggian semula. Apa yang terjadi jika sudut kemiringan lintasan kanan diperkecil? Ternyata untuk mencapai ketinggian semula, bola akan menempuh jarak yang lebih jauh. Bagaimana jika lintasan kanan dibuat mendatar? Ternyata bola menempuh jarak yang sangat jauh dengan kelajuan yang hampir tidak berubah. Mengapa bola pada lintasan mendatar akhirnya berhenti? Galileo menyatakan bahwa bola diperlambat kelajuannya sampai akhirnya berhenti oleh gaya hambat yang dinamakan gaya gesek. Ia kemudian menyimpulkan bahwa jika gesekan angin dan gesekan antar permukaan ditiadakan, maka kelajuan tetap benda pada lintasan lurus dapat terus dipertahankan tanpa memerlukan gaya dari luar.

Berdasarkan penemuan ini, Isaac Newton membangun teori geraknya yang sangat terkenal. Analisis Newton tentang gerak dirangkum dalam tiga hukum Newton yang ditulis dalam karya besarnya Principia dan diterbitkan tahun 1687. Newton menyatakan terima kasih kepada Galileo, karena pada kenyataannya hukum pertama Newton tentang gerak sangat dekat dengan kesimpulan Galileo. Hukum I Newton menyatakan bahwa :

Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan terus diam, sedangkan benda yang mula- mula bergerak akan terus bergerak dengan kecepatan tetap.

Secara matematis dinyatakan sebagai:

 

Sabuk Pengaman dalam Mobil

Inersia adalah prinsip yang mendasari cara kerja sebuah sabuk pengaman. Dalam suatu kecelakaan, tujuan sabuk pengaman adalah untuk menahan penumpang agar terhindar dari benturan dengan bagian depan mobil. Gambar di samping menjelaskan bagaimana cara kerja salah satu dari tipe sabuk pengaman. Dalam kondisi normal, roda gigi dapat berputar secara bebas agar sabuk bisa mengencang atau mengendur dari katrol ketika penumpang bergeser dari tempat duduknya. Jika suatu kecelakaan terjadi, mobil mengalami perlambatan yang besar dan cepat menjadi berhenti. Seketika itu juga, sebuah benda bermassa besar di bawah tempat duduk akan tetap bergerak ke depan sepanjang rel akibat inersianya. Sambungan antara massa dan batang menyebabkan batang berputar terhadap porosnya dan menyentuh roda gigi. Pada titik ini roda gigi terkunci pada tempatnya, dan sabuk tidak lagi dapat mengendur. Sedikit modifikasi memungkinkan alat ini juga mampu mengaktifkn suatu kantong udara yang diletakkan pada dashboard, kemudi, dan interior mobil yang berfungsi sebagai bantalan udara untuk melindungi penumpang terhadap benturan keras dengan interior dan kemudi mobil.

Pernahkah kalian melakukan kegiatan seperti pada gambar di atas? Ketika hanya satu orang yang menarik, maka gerak benda akan pelan. Namun jika ditambah satu orang lagi yang menariknya, maka gerak benda akan lebih cepat.

Mengapa gerak benda akan lebih cepat jika lebih banyak gaya yang diberikan terhadap benda tersebut?

Pada fenomena tersebut, benda bergerak dengan percepatan tertentu. Maka yang berlaku adalah konsep Hukum II Newton

Bagaimana hubungan gaya dengan percepatan gerak benda?

Untuk lebih memahami tentang hubungan antara gaya dengan percepatan gerak benda , lakukanlah kegiatan berikut:

Alat dan bahan

1. Troli (1 buah) 
2. Neraca pegas (1 buah) 
3. Beban (3 buah) 
4. Tali (2 meter) 
5. Stopwatch 
6. Mistar

 Langkah kerja

1. Susun alat seperti pada sistem berikut:
   
2. Tentukan nilai massa beban m1 sebesar 400 gram dan panjang lintasan s = 2 meter.
3. Tekan/ tahan troli dengan tangan kemudian catan besarnya gaya yang terukur dengan neraca pegas.
4. Siapkan stopwatch,
5. Tekan start pada stopwatch bersamaan dengan melepas tangan. Hitung waktu yang dibutuhkan troli untuk bergerak sejauh s meter.
6. Masukkan data pada tabel yang tersedia.
7. Lakukan dengan massa m2 yang berbeda dengan ketentuan lebih meningkat

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. 

Suatu gaya total yang diberikan pada sebuah benda mungkin menyebabkan lajunya bertambah. Akan tetapi, jika gaya total itu mempunyai arah yang berlawanan dengan gerak benda, gaya tersebut akan memperkecil laju benda. Jika arah gaya total yang bekerja berbeda arah dengan arah gerak benda, maka arah kecepatannya akan berubah (dan mungkin besarnya juga). Karena perubahan laju atau kecepatan merupakan percepatan, berarti dapat dikatakan bahwa gaya total dapat menyebabkan percepatan.

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 belanja mengalami percepatan dari keadaan diam sampai laju tertentu, misalnya 4 km/jam. Jika kita mendorong dengan gaya dua kali lipat semula, maka kereta belanja mencapai 4 km/jam dalam waktu setengah kali sebelumnya. Ini menunjukkan percepatan kereta belanja 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 yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan resultan gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda.