HUKUM NEWTON

Sir Isaac Newton (1643-1727) adalah seorang ahli fisika, matematika dan filsafat dari Inggris. Ia menemukan hukum gravitasi, hukum gerak, kalkulus, teleskop pantul, dan spektrum. Bukunya yang terkenal berjudul Principa dan Optika.
Pandangan Newton tentang gerak 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.

A. Hukum Newton I

Pada zaman dahulu, orang percaya bahwa alam ini bergerak dengan sendirinya. Tidak ada sesuatu pun yang menggerakkannya. Mereka menyebutnya dengan gerak alami. Di lain sisi, untuk benda yang jelas-jelas digerakkan, mereka menamakan gerak paksa. Teori yang dipelopori oleh Aristoteles ini terbukti salah saat Galileo dan Newton mengemukakan pendapat mereka.

Galileo mematahkan teori Aristoteles dengan sebuah percobaan sederhana. Ia membuat sebuah lintasan lengkung licin yang digunakan untuk menggelindingkan sebuah bola. Satu sisi dari lintasan tersebut diubah-ubah kemiringannya. Setelah mengamati, Galileo menyatakan “ Jika gaya gesek pada benda tersebut ditiadakan, maka benda tersebut akan terus bergerak tanpa memerlukan gaya lagi”.

Teori Galileo dikembangkan oleh Isaac Newton. Hukum Newton I mengatakan bahwa


“Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap”


secara matematis dapat ditulis dengan :

Berdasarkan hukum I Newton, bahwa suatu benda cenderung mempertahankan keadaannya. Benda yang mula-mula diam akan mempertahankan keadaan diamnya, dan benda yang mula-mula bergerak akan mempertahankan geraknya. Oleh karena itu, hukum I Newton juga sering disebut sebagai hukum kelembaman atau hukum inersia.

Contoh Penerapan Hukum Newton I :

1. Penumpang akan serasa terdorong kedepan saat mobil yang bergerak cepat direm mendadak.
2. Koin yang berada di atas kertas di meja akan tetap disana ketika kertas ditarik secara cepat.
3. Ayunan bandul sederhana.
4. Pemakaian roda gila pada mesin mobil

B. Hukum Newton II

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.

Hubungan antara percepatan dan gaya tersebut 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."

Hukum II Newton tersebut dirumuskan secara matematis dalam persamaan:

Perhatian contoh soal berikut:

C. Hukum Newton III

"Bila sebuah benda A melakukan gaya pada benda B, maka benda B juga akan melakukan gaya
 pada benda A yang besarnya sama tetapi berlawanan arah".

Gaya yang dilakukan A pada B disebut : gaya aksi 
Gaya yang dilakukan B pada A disebut : gaya reaksi

D. Macam - Macam Gaya

1. Gaya Berat

Gaya berat terjadi jika benda memiliki massa dan berada pada daerah yang masih memiliki percepatan gravitasi ( medan gravitasi). Secara matematis :

w = m.g

Keterangan:
W : Gaya berat (N)
m  : massa benda (kg)
g   : gravitasi bumi (m/s2)

Arah gaya berat bumi selalu tegak lurus pada permukaan bumi menuju ke pusat bumi atau secara singkat berarah tegak lurus ke bawah dimanapun posisi benda diletakkan.

Contoh Soal !

Sebuah benda memiki massa 800 gram. Benda tersebut berada di daerah yang memiliki percepatan gravitasi 10 m/s2. Berapa berat benda tersebut?

Penyelesaian :
Diketahui :
m = 800 gram = 0.8 KG
g = 10 m/s2

Ditanya : w = ?
Jawab :
w = m x g
= 0,8 Kg x 10 m/s2
= 8 N/Kg


2. Gaya Normal

Arah dari gaya gravitasi selalu menuju ke pusat bumi (tegak lurus bidang datar). Ketika benda berada pada suatu bidang, bidang tersebut akan memberikan gaya pada benda tadi yang disebut gaya kontak. Jika gaya kontak ini tegak lurus permukaan bidang maka disebut gaya normal. Besar gaya normal bergantung pada besar gaya lain yang bekerja pada benda.

Macam - macam keadan ( besar ) gaya normal

3. Gaya Gesek

Gaya gesekan antara permukaan benda yang bergerak dengan bidang tumpu benda akan menimbulkan gaya gesek yang arahnya senantiasa berlawanan dengan arah gerak benda.

Ada dua jenis gaya gesek yaitu :
gaya gesek statis (fs) : bekerja pada saat benda diam (berhenti) dengan persamaan :

gaya gesek kinetik (fk) : bekerja pada saat benda bergerak dengan persamaan :

Nilai fk < fs.

Contoh Soal !

1. Sebuah benda bermassa 20 kg ditarik oleh gaya mendatar 50 N ke arah kanan. Jika permukaan lantai kasar dan nilai koefisien gesekan statis 0,4 sedangkan nilai koefisien gesekan kinetis 0,2. Hitung besarnya :
a) Gaya normal benda
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
c) Percepatan benda

Diketahui :
m : 20 kg
F : 50 N
µs : 0.4
µk : 0.2
ditanya :
a. N . . . . ?

b. fs . . . .?

c. a . . ... ?

Jawab :

a. Gaya normal benda
Karena benda bergerak mendatar maka,
Σ Fy = 0
N − W = 0
N = W
N = m g
N = 20 (10)
N = 200 N

b. Gaya gesek statis
fs = N µs
fs = 200 (0.4)
 fs = 80 N

karena gaya gesek statis yang bekerja pada benda lebih besar daripada gaya luar yang diberikan maka benda masih diam

c. Karena benda masih diam maka percepatan benda nol

2. Sebuah balok bermassa 10 kg diam di atas permukaan lantai kasar. Balok tersebut ditarik dengan gaya 50 N yang membentuk sudut 37⁰ terhadap bidang datar. Jika koefisien gesek kinetis permukaan lantaidan balok adalah 0,2 dan percepatan gravitasi bumi di tempat itu 10 m/s2 , hitung :
a) Gaya normal balok
b) Gaya gesek antara balok dan lantai
c) Percepatan gerak balok

diketahui :
m : 10 kg
F = 50 N
g = 10 m/s2
µk = 0.2
nilai cos 37o = 0,8 dan sin cos 37o = 0.6

ditanya :
a. N . . . . ?
b. fk . . . . ?
c. a . . . . . ?

Jawab :

a. Gaya normal balok
 Karena balok bergerak di atas bidang datar maka
Σ Fy = 0
N + F sin θ − W = 0
N = W − F sin θ
N = (10)(10) − (50)(0,6)
N = 100 N – 30 N
N = 70

b. Gaya gesek antara balok dan permukaan lantai
fk= N μk
fk = 70 (0.2)
fk = 14 N

c. Percepatan gerak balok
Σ Fx = ma
F cos θ – fk = ma
(50)(0,8) − 14 = 10a
40 – 14 = 10a
26 = 10a
a = 2.6 m/s2

Hubungan Tegangan Tali Terhadap Percepatan

a. Bila benda dalam keadaan diam, atau dalam keadan bergerak lurus beraturan maka :

T = m . g

T = gaya tegangan tali.

b. Benda bergerak ke atas dengan percepatan a maka :

T = m . g + m . a

c. Benda bergerak ke bawah dengan percepatan a maka :

T = m . g - m . a

Gerak Benda Yang Dihubungkan Dengan Katrol

Dua buah benda m1 dan m2 dihubungkan dengan katrol melalui sebuah tali yang diikatkan pada ujung ujungnya. Apabila massa tali diabaikan, dan tali dengan katrol tidak ada gaya gesekan, maka akan berlaku persamaan-persamaan :
Sistem akan bergerak ke arah m1 dengan percepatan a.
Tinjauan benda m 1

T = m1.g - m1.a ( persamaan 1)

Tinjauan benda m2

T = m2.g + m2.a ( persamaan 2)

Karena gaya tegangan tali di mana-mana sama, maka persamaan 1 dan persamaan 2 dapat digabungkan :

m1. g - m1. a = m2. g + m2. a

m1. a + m2. a = m1. g - m2. g

( m1+ m2) . a = ( m1- m2) . g

Maka

a = (m1 - m2 / m1 + m2 ) g

Persamaan ini digunakan untuk mencari percepatan benda yang dihubungkan dengan katrol.