MATERI FISIKA KELAS 10 : HUKUM NEWTON PADA DINAMIKA PARTIKEL

Bahan Materi Dinamika Partikel Tentang Hukum Newton

1. Hukum I Newton
Ketika berada dalam mobil yang sedang melaju, kita akan terdorong ke depan jika mobil tiba-tiba direm dan terdorong ke belakang jika mobil tiba-tiba dipercepat. Hal itu terjadi karena tubuh kita ingin mempertahankan keadaan sebelumnya. Setiap benda mempunyai sifat ingin mempertahankan keadaannya. Artinya, benda yang diam cenderung untuk tetap diam dan benda yang bergerak cenderung untuk tetap bergerak. Sifat seperti ini disebut sifat kelembaman atau inersia benda. Tahukah kita arti kelembaman? Kelembaman artinya kelambanan atau kemalasan. Maksudnya, keadaan benda lamban atau malas berubah dari keadaan sebelumnya.

Hukum I Newton: Kecepatan sebuah benda adalah tetap kecuali ada gaya luar yang resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut. Dirumuskan:

Artinya:
– Benda yang diam akan tetap diam kecuali ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut
– Benda yang bergerak kecepatannya tidak akan berubah kecuali ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut.

Adanya sifat kelembaman benda pertama kali dinyatakan oleh Galileo Galilei (1564 – 1642) : kecepatan yang diberikan pada sebuah benda akan dipertahankan jika semua penghambatnya dihilangkan. Pernyataan itu diperbaiki oleh Newton kira-kira satu abad kemudian. Dalam hal ini, Newton menyatakan bahwa setiap benda selalu dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan selama tidak ada gaya luar yang mengubahnya. Sifat kelembaman inilah yang menyebabkan planet-planet, termasuk bumi, selalu berotasi dan berevolusi tanpa henti. Seandainya tidak direm dan tidak ada gaya gesekan, sepeda motor yang telah melaju akan terus bergerak tanpa berhenti meskipun mesinnya dimatikan. Selanjutnya, pernyataan Newton itu dikenal sebagai hukum I Newton. Hukum I Newton sering disebut hukum kelembaman atau inersia benda. Hukum I Newton hanya berlaku pada kerangka inersia. Kerangka inersia adalah kerangka acuanyng tidak dipercepat (percepatan benda = 0). Kerangka inersia dapat berupa kerangka diam atau kerangka yang bergerak beraturan (kecepatan tetap). Apakah bumi termasuk kerangka inersia ?

Sebenarnya, bumi bukan merupakan kerangka inersia karena bumi mengalami percepatan ke arah matahari. Percepatan itu timbul karena bumi beredar mengelilingi matahari. Selain itu, bumi juga mengalami percepatan ke arah pusat bumi karena ia berotasi pada sumbunya. Namun, kedua percepatan itu sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Jadi, dalam perhitungan-perhitungan sederhana, bumi dapat dianggap sebagai kerangka inersia.

2. Hukum II Newton
Gaya dapat menyebabkan perubahan gerak benda. Benda yang bergerak gaya (ditahan) dan benda diam dapat bergerak jika dikenai gaya (dodorong). Perubahan gerak merupakan percepatan. Jadi, gaya dapat menimbulkan percepatan. Jika massa benda tetap dan gaya yang mengenainya tetap, percepatan yang terjadi makin kecil. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa percepatan gerak berbanding terbalik dengan massanya dan berbanding lurus dengan gaya yang mengenainya.

Secara matematis, pernyataan itu dapat dirumuskan :       a = F/m      atau       F = m a

dimana F = gaya (N)
a = percepatan (m/s2)
m = massa benda (kg)

catatan : satuan gaya menurut SI adalah N (newton). Gaya juga dapat dinyatakan dalam dyne dimana 1 N = 105 dyne.

Oleh Newton, rumus di atas dinyatakan sebagai berikut : percepatan yang terjadi pada sebuah benda berbanding lurus dan searah resultan gaya yang mengenainya dan berbanding terbalik dengan massanya. Pernyataan itu dikenal sebagai hukum II Newton. Jika a = 0, maka F = 0. Hal itu berarti jika tidak ada gaya luar yang mengenainya, benda berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan. Keadaan seperti itu sesuai dengan hukum kelembaman benda (hukum I Newton). Dengan kata lain, hukum I Newton merupakan kondisi khusus hukum II Newton.

Contoh soal berikut cara menghitung percepatan gerak akibat gaya :

Sebuah benda yang massanya 2 kg dikenai gaya sehingga bergerak dengan percepatan 2 m/s2. Tentukan percepatan yang terjadi jika gaya itu bekerja pada benda bermassa 1 kg dan 4 kg.

Penyelesaian :
Besar gaya ditentukan dengan rumus : F = m . a

Dari soal diketahui, m = 2 kg dan a = 2 m/s2 sehingga
F = (2 kg)(2 m/s2) = 4 N

Jika gaya F bekerja pada benda yang bermassa 1 kg, percepatan yang terjadi adalah :

a = F/m = 4/1 = 4 m/s2

jika gaya F bekerja pada benda yang bermassa 4 kg, percepatan yang terjadi adalah :

a = F/m = 4/4 = 1 m/s2

3. Hukum III Newton
Hukum III Newton juga sering disebut hukum aksi reaksi. Untuk memahami hukum aksi reaksi kita perhatikan gambar berikut :

Seekor katak sedang berdiri di atas papan beroda. Si katak memegangi tali yang dihubungkan dengan sebuah tiang yang kukuh. Jika si katak menarik tali dengan gaya F (arah ke kanan), si katak akan bergerak ke kiri. Hal itu berarti pasti ada gaya yang arahnya ke kiri (F1). Jika gaya F disebut gaya aksi, gaya F1 disebut gaya reaksi. Gaya F dan F1 disebut pasangan gaya aksi reaksi. Keadaan seperti itu dikenal dengan hukum III Newton. Secara lengkap, Newton menyatakan bahwa jika benda pertama mengerjakan gaya aksi pada benda kedua, benda kedua memberikan gaya reaksi pada benda pertama yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan.

Secara matematis, pernyataan itu dapat ditulis :         Faksi = Freaksi

Pada gambar di atas, gaya tarik F diteruskan oleh tali sampai ke tiang. Setelah mengenai tiang, gaya F berubah menjadi gaya F2. Secara umum, besar gaya F tidak sama dengan F2. Jadi, gaya F1 dan F2 bukanlah pasangan gaya aksi reaksi. Karena ditarik tali dengan gaya F2, tiang memberi reaksi dengan gaya F3. Dalam hal ini, gaya F2 dan F3 merupakan pasangan gaya aksi reaksi.

– Pasangan gaya aksi dan reaksi bekerja pada dua benda yang berlainan, pasangan yang bekerja pada satu benda bukan merupakan pasangan gaya aksi dan reaksi
– Besar gaya aksi sama dengan gaya reaksi, tetapi arahnya berlawanan

Perlu diperhatikan bahwa pasangan gaya aksi dan reaksi selalu muncul secara bersamaan. Jadi, keduanya dapat saling dipertukarkan, tergantung darimana kita memandangnya. Namun, dalam soal-soal fisika biasanya disebutkan bahwa gaya yang kita lakukan disebut gaya aksi.

Peristiwa sehari-hari yang menunjukkan adanya gaya aksi reaksi adalah sebagai berikut :
– Jika tangan kita menghantam dinding, kita tentu merasa kesakitan. Makin keras kita menghantam, rasa sakitnya semakin bertambah. Hal ini terjadi karena dinding memberikan reaksi terhadap aksi yang kita lakukan
– Agar dapat melompat tinggi, seorang pemain basket harus menjejakkan kakinya ke tanah kuat-kuat. Hal itu berarti ia memberi gaya aksi pada tanah. Karena diberi gaya aksi, tanah memberikan gaya reaksi. Gaya reaksi dari tanah itulah yang menyebabkan pemain basket itu terangkat (meloncat). Demikian pula yang terjadi pada orang yang berjalan. Pada saat berjalan, ia menekan tanah ke belakang. Dengan kata lain, ia memberi gaya aksi pada tanah. Akibatnya, tanah memberi gaya reaksi kepada orang itu. gaya reaksi inilah yang mendorong orang ke depan (berjalan maju).

Bagikan Artikel ini