Bab 4 Kelas 7 Gerak dan Gaya (Hukum Newton)

 Ø  Hukum Newton

Seorang ilmuwan Inggris yang bernama Sir Isaac Newton dalam karyanya Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, pertama kali diterbitkan pada 5 Juli 1687. Dalam bukunya dia merumuskan tiga hukum mengenai gaya dan gerak yang dikenal dengan nama Hukum I Newton, Hukum II Newton, dan Hukum III Newton

Buku Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica

Gambar Sir Isaac Newton

a.      Hukum I Newton

Apakah kalian pernah naik kendaraan umum semisal bus? Coba perhatikan gambar berikut. Apa yang dapat kalian simpulkan?

Gambar Ilustrasi tentang peristiwa yang dapat dijelaskan dengan Hukum I Newton

Ketika kalian berada di dalam sebuah bus yang berhenti, kemudian tiba-tiba bus tersebut di gas hingga bergerak maju, maka badan akan terdorong ke belakang. Ini karena badan ingin mempertahankan keadaan awalnya yaitu diam.

Sebaliknya, ketika kamu berada dalam bus yang sedan melaju kencang, kemudian tiba-tiba bus direm, maka badan kalian akan terdorong ke depan. Hal ini terjadi karena badan ingin mempertahankan geraknya ke depan.

Kecenderungan benda untuk tetap mempertahnkan keadaan diam atau geraknya dengan keceptan tetap disebut sebagai inersia atau kelembaman benda. Inilah yang mendasari Hukum I Newton.

Hukum I Newton menyatakan bahwa benda yang sedang diam akan cenderung tetap diam, sedangkan benda yang sedang bergerak cenderung untuk terus bergerak lurus dengan kecepatan tetap, kecuali jika ada gaya luar yang memaksa benda tersebut mengubah keadaanya.

Dengan kalimat lain, Hukum I Newton menyatakan “jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol maka benda yang mula-mula diam akan tetap diam dan benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan dengan kecepatan tetap”

Secara matematis, Hukum I Newton ditulis sebgai berikut.

ƩF = 0

Hukum I Newton pada prinsipnya meninformasikan kepada kita tentang adanya keberadaan besaran yang dinamai massa. Karena sifat kelembaman ini maka benda cenderung mempertahankan keadaan geraknya. Keadaan gerak dapat dipresentasikan atau diterangkan oleh nilai kecepatan. Jadi, secara sederhana sifat kelembaman suatu benda sebenarnya adalah mengukur kecenderungan benda mempertahankan kecepatannya. Semakin besar kelembaman benda maka semakin malas benda tersebut bergerak. Semakin besar massa maka benda semakin lembam. Itulah penyebab bahwa kita sulit mendorong benda yang memiliki massa lebih besar daripada benda yang memiliki massa lebih kecil.

Contoh hukum I Newton lainya adalah saaat bus sedang berjalan kemudian direm, maka bus akan berhenti. Bus tersebut akan berhenti karena ada gaya yang memengaruhinya, yaitu gaya gesek.

 

b.      Hukum II Newton

Hukum I Newton belum membahas penyebab benda bergerak atau berhenti. Kita memerlukan hukum selanjutnya yang menjelaskan perubahan keadaan gerak benda. Hukum tersebut menyatakan bahwa benda dapat diubah keadaan geraknya jika pada benda bekerja gaya. Gaya yang bekerja berkaitan langsung dengan perubahan keadaan gerak benda. Hukum tersebut dikenal dengan nama Hukum II Newton.

Coba doronglah sebuah meja hingga bergerak? Mula-mula doronglah meja secara berlahan biasa. Selanjutnya, doronglah meja secara kuat. Makin kuat kamu mendorongnya maka makin cepat meja itu bergerak, bukan? Ini berarti, makin besar gaya yang diberikan, makin besar pula percepatannya.

Selanjutnya, coba mintalah temanmu duduk diatas meja. Selanjutnya, doronglah meja tersebut hingga bergerak. Meja bergerak lebih lambata, bukan? Ini berarti, makin besar massa benda maka makin kecil percepatnnya. Jadi, percepatan gerak sebuah benda berbanding lurus dengan gaya yang diberikan namun berbanding terbalik dengan massanya. Inilah gambaran dari Hukum II Newton.

Hukum II Newton, menyatakan:”jika ada resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda maka akan dihasilkan suatu percepatan dalam arah yang sama dengan resultan gaya. Besarnya percepatan tersebut berbanding lurus terhadap resultan gaya dan berbanding terbalik terhadap massa benanya”. Hukum II Newton dirumuskan sebagai berikut.

ƩF = m x a atau a = ƩF / m

                                                   Keterangan:

                                                   ƩF        :  Resultan gaya (N)

                                                   a          :  percepatan (m/s²)

                                                   m         :  massa benda (kg)

Contoh Soal

1.      Gaya sebesar 7000 N mampu menggerakan sebuah truk hingga bergerak dengan percepatan sebesar 3,5 m/s². Tentukan massa truk tersebut ….

Diketahui : F = 7000 N

                   a = 3,5 m/s²

Ditanya    : m = ….?

Jawab:

m = ƩF / a

    = 7000 N / 3,5 m/s²

    = 2000 kg

Jadi, massa truk tersebut adalah 2.000 kg atau 2 ton

2.      Wisnu dan Risqi mengerjakan gaya seperti terlihat pada gambar!

Bila gaya gesek almari terhadap lantai sebesar 2 N. Berapakah percepatan yang dialami almari  ….

Diketahui : F_{Wisnu =} 6,5 N,  F_Risqi = 5,5 N, F_ges = 2 N

                                m = 8 Kg

Ditanya    :  a = ….?

Jawab

ƩF = F_Wisnu + F_Risqi - F_ges = 6,5 N + 5,5 N – 2 N = 10 N

a = ƩF / m

  = 10 N / 8 kg

  = 1,25 m/s²

 

c.       Hukum III Newton

Pernahkah kamu bernalar, bagaimana sebuah roket dapat meluncur ke angkasa? Roket yang terdorong ke atas diakibatkan oleh semburan gas ke bawah. Semakin kuat semburan gas ke bawah, maka roket akan semakin cepat terdorong ke atas. Peristiwa ini menerapkan Hukum III Newton.

Hukum III Newton menyatakan bahwa “ketika sebuah benda memberikan gaya (gaya aksi) pada benda kedua, maka benda kedua akan memberikan gaya (gaya reaksi) pada benda pertama dengan kekuatan yang sama tetapi berlawanan arah”. Hukum III Newton disebut juga hukum aksi-reaksi.

Secara matematis, Hukum III Newton dinyatakan sebagai berikut.

F_aksi = - F_reaksi

Catatan : Tanda negatif menunjukan bahwa gaya reaksi beralwanan arah dengan gaya aksi. Gaya aksi dan reaksi tersebut memiliki besar yang sama, tetapi berlawanan arah dan bekerja pada dua benda yang berbeda.

Contoh peristiwa yang dapat dijelaskan dengan Hukum III Newton dalam kehidupan sehari-hari.

1.      Pada sebuah roket, mesin menyemburkan gas ke bawah (gaya aksi), maka gaya yang sama dengan arak kebalikannya (gaya reaksi) mendorong roket ke atas.

Gaya Aksi dan Reaksi pada Roket

2.      Ketika berjalan, telapak kai kita memberikan gaya aksi dengan mendorong permukaan tanah atau lantai ke belakang. Permukaan tanah atau lantai memberikan gaya reaksi kepada kita dengan mendorong telapak kaki kita ke depan, sehingga kita berjalan ke depan.

3.      Ketika kita berenang, kaki dan tangan kita mendorong ke belakang. Sebagai reaksi, air mendorong kaki dan tangan kita ke depan, sehingga kita berenang ke depan.

4.      Ketika sebuah peluru ditembakkan, senapan memberikan gaya aksi dengan mendorong peluru ke depan. Karena menadapat gaya aksi maka peluru mendorong senapan ke belakang. Akibatnya, penembak merasa tersentak ke belakang akibat dorongan itu.

5.      Orang mendayung perahu ke belakang maka perahu bergerak ke depang.

Gaya Aksi dan Reaksi Mendayung

6.      Saat menendang bola, bola meluncur ke depan, dan kaki terdorong ke belakang.

7.      Pada saat kita memukul tembok, tangan kita terasa sakit.