PENERAPAN HUKUM NEWTON

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 member gaya tetapi tidak bisa menggerakan mobil. Saat yang mendorong beberapa orang dewasa, mobilnya dapat bergerak. Contoh lain adalah seseorang yang mendorong tembok.

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.

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.

Hukum I Newton tidak selalu berlaku pada setiap kerangka acuan. Sebagai contoh, jika kerangka acuan kalian tetap di dalam mobil yang dipercepat, sebuah benda seperti cangkir yang diletakkan di atas dashboard mungkin bergerak ke arah kalian (cangkir tersebut tetap diam selama kecepatan mobil konstan). Cangkir dipercepat ke arah kalian tetapi baik kalian maupun orang atau benda lain memberikan gaya kepada cangkir tersebut dengan arah berlawanan. Pada kerangka acuan yang dipercepat seperti ini, Hukum I Newton tidak berlaku. Kerangka acuan di mana Hukum I Newton berlaku disebut kerangka acuan inersia.

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.

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.

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.

Faksi = Freaksi

A. Tujuan

Anda dapat mengamati dan mendefinisikan arti kelembaman.

B. Alat dan Bahan

1. Bola tenis

2. Selembar kertas

3. Sebuah meja dengan permukaan halus

C. Langkah Kerja

1. Letakkan selembar kertas di atas meja, kemudian letakkan bola tenis di atas kertas!

2. Tariklah kertas secara perlahan-lahan!

3. Ulangi langkah kerja nomor

2, tetapi tarik kertas dengancepat!

4. Ulangi langkah nomor dua, tetapi kertas ditarik secara perlahan-lahan dan hentikan secara mendadak!

D. Pertanyaan

1. Apa yang terjadi pada bola tenis saat kertas ditarik secara perlahan-lahan, cepat, dan perlahan-lahan kemudian di hentikan?

2. Kesimpulan apa yang Anda peroleh dari peragaan teman Anda di depan kelas tersebut!

GAYA BERAT

Setiap benda memiliki berat, seperti yang telah disinggung di depan, berat disimbulkan w. Berat adalah gaya gravitasi bumi yang dirasakan oleh benda-benda di sekitar bumi. Berat suatu benda didefinisikan sebagai hasil kali massa m dengan percepatan gravitasi g. 

w = m g

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

GAYA NORMAL

Gaya normal yaitu temasuk proyeksi gaya kontak. Gaya ini terjadi jika ada kontak dua benda. Gaya normal selalu tegak lurus arahnya dengan bidang sentuh. Jika bidang sentuh antara dua benda adalah horizontal, maka arah gaya normalnya adalah vertikal. Jika bidang sentuhnya vertikal, maka arah gaya normalnya adalah horizontal. Jika bidang sentuhnya miring, maka gaya normalnya juga akan miring.

GAYA GESEK

Jika Anda mendorong sebuah almari besar dengan gaya kecil, maka almari tersebut dapat dipastikan tidak akan bergerak (bergeser). Jika Anda 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. 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.

f_{s max =} μ_{s N}

Keterangan:

fs : gaya gesekan statis maksimum (N)

μ_s: koefisien gesekan statis

Gaya gesek kinetis (f_k) 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 (μ_k). Secara matematis dapat di tulis sebagai berikut.

f_{k =} μ_{k N}

Keterangan:

f_k  : gaya gesekan kinetis (N)

μ_k : koefisien gesekan kinetis

Macam-macam Gaya Gesekan : 

1.  Benda didorong oleh gaya lain dan benda masih diam, maka besar gaya gesekan sama dengan gaya dorong.

f = F

2.  Apabila benda tepat akan bergerak, gaya gesekan akan bernilai maksimum. 

f_s max = μs N

3.  Benda yang sudah bergerak dengan percepatan konstan, maka gaya gesekanya adalah::

f_{k =} μ_{k N}

F - f_k = ma

Berikut merupakan keuntungan dan kerugian gaya gesek:

Gaya gesekan yang menguntungkan :

1. Seseorang dapat berjalan di atas tanah, karena ketika telapak kaki menekan tanah ke arah belakang, ada gesekan antara telapak kaki dan permukaan tanah yang menimbulkan reaksi di mana tanah mendorong telapak kaki ke depan. 
2. Gesekan pada piringan rem sepeda motor atau gesekan antara rem karet dan pelek sepeda digunakan untuk proses pengereman. 
3. Gesekan udara pada parasut yang terbentang memungkinkan penerjun dapat mendarat di tanah dengan selamat. 
4. Ban mobil dibuat bergerigi sehingga terjadi gesekan antara ban dan permukaan jalan untuk memutar ban dan untuk menghindari mobil tergelincir ketika jalanan licin. 

Gaya gesek yang merugikan :

1. Gesekan antara begian-bagian mesin mobil dapat menimbulkan panas, maka mesin harus diberi minyak pelumas atau oli. 
2. Gesekan antara roda dan poros dapat menghambat putaran roda, maka perlu dipasang bola-bola peluru. 
3. Gesekaan udara menghambat laju mobil, maka bentuk mobil perlu didesain yang aerodinamis 

GAYA TEGANGAN TALI

Gaya tegang tali merupakan gaya yang bekerja pada tali, kawat, maupun kabel(lihat gambar disamping). Gaya tegangan tali dilambangkan dengan huruf T.

Pada Jalan Datar yang Kasar

Sebuah benda yang terletak di atas bidang 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.

Gaya-gaya yang bekerja pada sumbu Y

N - mg = 0 atau N = mg

Gaya-gaya yang bekerja pada sumbu X

F - fg = ma

Pada Jalan Miring dengan Gesekan

Misalnya, sebuah benda yang bermassa m diletakkan pada bidang miring licin yang membentuk sudut qterhadap bidang horizontal. Jika diambil sumbu X sejajar bidang miring dan sumbu Y tegak lurus dengan bidang miring, maka komponen-komponen gaya beratnya adalah sebagai berikut:

Gaya-gaya yang bekerja pada sumbu Y

N - mg cos q= 0 atau N = mg cos q

Gaya-gaya yang bekerja pada sumbu X

mg sin q - fg = ma

Gaya-gaya pada Katrol

Misalnya dua buah benda ma dan mb dihubungkan dengan seutas tali melalui sebuah katrol licin (tali dianggap tidak bermassa). Jika ma > mb, maka ma akan bergerak ke bawah (positif) dan mb bergerak ke atas (negatif) dengan percepatan sama. Untuk menentukan besarnya percepatan dan tegangan tali pada benda, Anda dapat lakukan dengan meninjau gaya-gaya yang bekerja pada masing-masing benda

Ditinjau massa a

∑F_a = m_a a

 m_a g – T = m_a a <-> T = m_a g - m_a a

Ditinjau massa b

∑F_b = m_b a

 T – m_b g = m_b a <-> T = m_b g – m_b a

Gaya Tekan Kaki pada Lantai Lift

Pada lift diam atau bergerak dengan kecepatan tetap, maka percepatannya nol. Oleh karena itu, berlaku keseimbangan gaya (hukum I Newton).

åFy =0

N – mg = 0

Karena mg = w, maka N = w

Jadi, gaya tekan kaki pada saat lift diam atau bergerak dengan kecepatan tetap adalah sama dengan gaya berat orang tersebut. Namun, jika lift bergerak ke atas dengan percepatan, maka besarnya gaya tekan kaki pada lantai lift dapat ditentukan sebagai berikut.

åFy =m a

N – m g = m a

N = m a +m g  

Sebagai acuan pada gerak lift naik, gaya-gaya yang searah dengan arah gerak lift diberi tanda positif dan yang berlawanan di beri tanda negatif.